纖維熱處理對C/C-SiC復合材料斷裂韌度的影響

代吉祥， 沙建軍， 張兆甫， 李 建， 韋志強

(大連理工大學 工業裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大連116024)

C/C-SiC 復合材料結合了纖維增強體優異的高溫力學性能和陶瓷體良好的化學熱穩定性，具有低密度、高比強、高比模、抗氧化、抗燒蝕和摩擦磨損率低等優異性能，在航空航天和深空探測等高新技術領域具有非常強的應用潛力［1～4］。該類材料的制備方法主要有氣相和液相法，包括化學氣相浸漬法(CVI)，聚合物浸漬裂解法(PIP)和液相硅熔滲法(LSI)等。從制備復雜性、成本效益及材料性能綜合考慮來看，每種工藝過程都有其優缺點。LSI 工藝因其制備過程簡單、產品致密度高、周期短、成本低、可實現凈尺寸成型且易于工業化生產等優點，近年來受到國內外研究者的廣泛關注［5～7］。

LSI 工藝主要包括三個子過程:(1)采用樹脂傳遞模塑(RTM)工藝或熱壓釜工藝制備C 纖維增強樹脂基復合材料(CFRP);(2)將CFRP 先驅體在高于900℃下裂解獲得多孔C/C 預制體;(3)在高于Si 熔點(1420℃)的溫度下，用熔融Si 對多孔C/C預制體進行滲入，液相Si 通過孔隙進入到C/C 預制體中，以直接接觸和擴散的方式與C 發生反應生成SiC 基體［8］。其中，第二個子過程獲得的C/C 預制體遍布微裂紋和微孔，這些微裂紋和孔隙充當著液相Si 滲入的主要通道，特別是微裂紋和孔隙的密度和分布直接決定著C/C-SiC 復合材料的微觀形貌、基體組織成分和力學性能。文獻［9，10］研究了C/C 預制體中熱解碳含量對C/C-SiC 復合材料微觀結構和彎曲性能的影響。Juliane 等［11］采用LSI 法制備了相成分不同的C/C-SiC 復合材料，并測試了相成分的變化對材料斷裂力學性能的影響。……