发布日期：2024-11-09 15:03 点击次数：75
陶瓷基复合材料由于其耐高温、高比强度以及高断裂韧性的特色被平庸用于航天航空、核能等诸多领域。陶瓷基复合材料常见制备工艺主要有化学气相千里积法（CVI）、先行者体浸渍裂解法（PIP）和金属熔渗反馈法（RMI）。CVI工艺通过气相小分子热解千里积杀青材料密致化，但不适用厚壁样件；PIP工艺通过先行者体反复浸渍-裂解进行密致化，时常需要肖似9-16轮，且先行者体诈欺率低（30wt%傍边）；CVI和PIP两种工艺周期长、资本高峻大限度了其平庸应用。与前两者比拟天天影院下载，RMI工艺制备周期相对较短，但高温金属熔体对纤维挫伤程度大，权贵影响材料的力学性能。
快速成型工艺标准一直是陶瓷基复合材料要点议论标的。举例，欧洲C3HRME口头、日本NITE本事以及好意思国MATECH的FAST本事。然则，上述快速制备工艺均使用了高温高压的烧结本事，这类烧结本事不仅依赖斯文的工艺诞生，何况制备异形构件尽头贫窭。
图1 快速制备工艺标准
北京理工大学张中伟评释团队征战了一种具有原位自增密的陶瓷基复合材料快速制备本事，旨在杀青材料的高效、高通量、低资本制备。征战了无机填料改性的新式高粘聚硅硼氮烷先行者体，具备低蒸发份、高陶瓷产率和填料踏实负载特色；更动性刻薄活性金属动作气相固碳/固氮激勉剂，杀青C/SiBCN复合材料的快速密致化，这种本事被定名为ViSfP-TiCOP。该工艺标准对镌汰陶瓷基复合材料制备周期、提高先行者体诈欺遵守、并诽谤材料制备资本具有尽头伏击真理真理和经济价值，为进一步扩大陶瓷基复合材料的应用领域提供了全新的想路和政策。商酌议论后果发表于复合材料Top期刊《Composites Part B: Engineering》，论文标题为“A novel rapid fabrication method and in-situ densification mechanism for ceramic matrix composite”（10.1016/j.compositesb.2024.111881）。
如图2所示。在北理工张中伟评释团队研发的ViSfP-TiCOP工艺中，制备C/SiBCN-M的新式工艺经过包括先行者体合成、纤维布叠层及最终的固化裂解。最初固态聚硅硼氮烷、液态乙烯基聚硅硼氮烷和无机填料以正己烷为溶剂进行共混，酿成蒸发份少（＜3wt%）、高粘度（常温粘度106mPa·S）体系，皮皮娘该体系具备无机填料踏实负载本事；刻薄引入金属Ti动作自增密基元，杀青新式先行者体发达出优异的化学踏实性和陶瓷产率（87wt%）。所制备的新式先行者体的理化性质如图3所示。
图2. ViSfP-TiCOP快速制备本事经过图
图3.先行者体的理化性质：（a）不同温度措置下的蒸发份含量；（b）新式先行者体红外光谱；（c）填料改性先行者体的粘度-温度弧线；（d）SiBCN-25wt% ZrB2与SiBCN-25wt% Ti的热重弧线；（e）SiBCN-15wt% Ti的TG-DSC弧线；（f）具有雅致变形性的SiBCN-M体系。
同期，这种先行者体具有雅致的复合材料加工工艺适配性。不同于硬质的陶瓷基生坯片，新式SiBCN-M先行者体体系不仅具有低的激勉温度（120℃都备固化），何况对金属模具领有雅致的贴模和适形特色。凭借这两个优点，以此先行者体为基础材料，给与传统树脂基复材工艺标准（如真空树脂膜熔渗RFI），制备C/PBSZ复合材料，RFI工艺的铺层策画如图4所示。
图4. RFI工艺成型标准制备C/PBSZ复合材料
如图5所示，由北理工张中伟评释团队研发的ViSfP-TiCOP工艺，其对CMCs的制备周期不错诽谤到400h以下。比拟于传统的PIP成型工艺，ViSfP-TiCOP工艺大幅缩减了工艺周期，杀青了CMCs的低资本、高通量及快速化制备。
图5. ViSfP-TiCOP增重弧线及密致化周期。
议论发现，在1500℃高温裂解过程中，Ti的原位气相氮化与碳化机理能为CMCs的快速密致化提供“迥殊”的增重与体积扩张，见图6。SiBCN先行者体裂解生成以CH4、NH3、H2为代表的小分子气体，700℃以下时这部分气体便熔解于Ti中且开动反馈生成TiCN(H)；在700~1100℃时，TiCN(H)开动发生脱氢反馈并生成TiCN；在1100~1300℃时，都备改动为TiCN，这种固溶体的晶体结构是典型的面心立方结构。不仅如斯，当不绝升温时，N2不再成为“踏实的”惰性气体，开动与残余的Ti反馈生成TiN(C)。上述气相自增密机制极大促进了CMCs密致化程度，杀青存限次数快速制备。
图6. 活性金属促进快速密致化的机制
女同gh北理工团队征战了CMCs新式快速制备工艺标准ViSfP-TiCOP，更动性刻薄活性金属的原位气相碳化与氮化机理栽种密致化程度。由于极低的蒸发份含量、高交联度和原位Ti增密机理，新式SiBCN-M先行者体陶瓷产率高达87wt%。仅3轮肖似浸渍-裂解，完成Cf/SiBCN-Ti复合材料密致化（孔隙率＜10Vol%）。该标准为陶瓷基复合材料提供了一种无压、低工艺温度（1200℃）环境且不依赖高价值工艺装备的快速成型本事，大大镌汰制备周期、诽谤资本，为陶瓷基复合材料降本增效和扩大应器具有伏击的试验真理真理和工程价值。
附作家简介：
第一作家：张轶竣，北京理工大学先进结构本事议论院博士生，议论标的为陶瓷基复合材料快速制备工艺
通信作家：张中伟，北京理工先进结构本事议论院评释，博士生导师，现任中国腐蚀与驻防学会高温专科委员会副主任委员、先进复合材料本事与装备更动定约常务理事等职务。面向航天装备和要紧需求，永久从事航天材料研发和工程应用，勤奋于超高温热驻防、高温热结构复合材料、新式轻量化结构以及顶点环境下材料使役行为议论。动作正经东谈主主捏了国度要点研发经营、基础加强及领域要点基金等多项要紧要点口头，在基础表面和工程应用方面获取了凸起获利。