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天行健,君子以自强不息。地势坤,君子以厚德载物。——《周易》
纤维
通过查找有关资料文献,对作为增强材料的SiC纤维有了一定的了解。在读
书笔记中,介绍了SiC纤维材料的特性、SiC纤维的制备方法、SiC纤维的应用
以及国内研究现状。重点关注了制备方法中的先驱体转换法(PIP)以及SiC纤
维在增强陶瓷材料方面的应用。
1.SiC纤维材料特性:
1)比强度和比模量高。碳化硅复合材料包含35%~50%的碳化硅纤维,因此有
较高的比强度和比模量,通常比强度提高1~4倍,比模量提高1~3倍。
2)高温性能好。碳化硅纤维具有卓越的高温性能,碳化硅增强复合材料可提高基
体材料的高温性能,比基体金属有更好的高温性能。
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3)尺寸稳定性好。碳化硅纤维的热膨胀系数比金属小,仅为(2.3~4.3)×10/℃,
碳化硅增强金属基复合材料具有很小的热膨胀系数,因此也具有很好的尺寸稳定
性能。
4)不吸潮、不老化,使用可靠。碳化硅纤维和金属基体性能稳定,不存在吸潮、
老化、分解等问题,保证了使用和可靠性。
5)优良的抗疲劳和抗蠕变性。碳化硅纤维增强复合材料有较好的界面结构,可有
效地阻止裂纹扩散,从而使其具有优良的抗疲劳和抗蠕变性能。
6)较好的导热和导电性。碳化硅增强金属基复合材料保持了金属材料良好的导热
和导电性,可避免静电和减少温差。
此外,它还具有热变形系数小、光学性能好、各向同性、无毒、能够实现复杂形
状的近净尺寸成型等优点,因而成为空间反射镜的首选材料。
2.SiC纤维制备方法
2.1化学气相沉积法
化学气相沉积法(CVD)即在连续的钨丝或者碳丝芯材上沉积碳化硅。通常
在管式反应器中用水银电极直接采用直流电或射频加热,把基体芯材加热到
1200℃以上,通入氯硅烷和氢气的混合气体,经过反应裂解为碳化硅,并且沉
积在钨丝或者碳丝表面。目前有美国达信系统公司、法国国营火药炸弹公司、英
为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平。——张载
2.2先驱体转换法
先驱体转换法(PIP)是以有机聚合物为先驱体,利用其可溶、可熔等特性
成型后,经过高温热分解处理,使之从有机化合物转变为无机陶瓷材料的方法。
用该方法制备碳化硅纤维可分为聚碳硅烷合成、熔融纺丝、不熔化处理、高
温烧成四大工序,即首先由二甲基二氯硅烷脱氯聚合为聚二甲基硅烷(PDMS),再
经过高温(450~500℃)热分解、重排、缩聚转化为聚碳硅烷(PCS);PCS在多孔
纺丝机上熔纺成500根一束的连续PCS纤维.再经过空气中约200℃的氧化或
电子束照射得到不熔化PCS纤维;最后在高纯氮气保护下l000℃以上高温处
理便得到SiC纤维。该方法与化学气相沉积法(CVD法)制备的连续SiC纤维相比,
具有适合工业化、生产效率高、成本较低的优点.且所制得的SiC纤维直径细。
可编织性好、可成型复杂构件、可改变制备条件获得不同用途的纤维.纤维性能
及成本均有进一步改善的前景。目前,通过先驱体法制备的连续SiC纤维——
Nicalon、Tyranno已经商品化。在树脂基、金属基与陶瓷基复合材料方面已经
开展了大量的应用研究。但其很难满足航空发动机、航天飞行器等对材料提
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