弥散分布TiB晶须对Cf/SiC复合材料强韧性和抗氧化性能的影响机制

基本信息
批准号:51902191
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:曹晓雨
学科分类:
依托单位:陕西科技大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
微结构设计抗氧化Cf/SiC复合材料微裂纹自愈合强韧化
结项摘要

The oxidation resistance of carbon fiber reinforced SiC ceramic matrix composites (Cf/SiC) at middle temperature range can be improved through B-bearing matrix modification. However, the traditional B-bearing matrix modification leads to the degraded mechanical properties of Cf/SiC composites, which restricts its lifetime when applying in the stress-oxidation environment. In order to resolve this problem, this project proposes the idea of in-situ fabricating new dispersed TiB whisker (TiBw) in Cf/SiC composites by polymer impregnation pyrolysis joint with liquid silicon infiltration. The matrix-micro-crack self-healing behavior, strengthening and toughening mechanism of TiBw would be used to synergistically improve the middle-temperature-range oxidation resistance and mechanical properties of Cf/SiC composites. Through the systematic study of the controllable microstructure fabrication process of TiBw modified Cf/SiC composites, the relationship between the microstructure characters including morphology, phase composition and the process parameters including pyrolysis temperature, liquid silicon infiltration temperature of TiBw modified Cf/SiC composites will be established. The phase produce/develop mechanism of TiBw will be explored, the general law of influence of the content and microstructure characters of TiBw on mechanical property and matrix micro-crack self-healing behavior of Cf/SiC composites will be clarified, and the strengthening, toughening and oxidation resistance mechanism of TiBw modified Cf/SiC composites will be revealed. The accomplishment of this project will lay a foundation for the research and development of Cf/SiC composites with high properties, and also enrich the design concept of structure and function integration through multi-scale modification.

通过含硼基体改性可显著提高碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC)的中温抗氧化性能,同时却导致Cf/SiC的力学性能降低,限制了其在应力氧化环境中的服役寿命。为此,本项目采用聚合物浸渍裂解结合液硅渗透工艺在Cf/SiC内部原位生成新型弥散分布TiB晶须(TiBw),基于TiBw的微裂纹自愈合行为和强韧化效应,协同提高Cf/SiC的中温抗氧化性能和力学性能。通过系统研究TiBw改性Cf/SiC的微结构可控制备过程,建立TiBw的形貌、相成分等微结构特征与裂解温度、渗硅温度等参数之间的映射关系,探索TiBw在Cf/SiC内部的生成/生长机理,阐明TiBw的含量和微结构特征对Cf/SiC力学性能和微裂纹自愈合行为的影响规律,揭示TiBw改性Cf/SiC的强韧化机制和抗氧化机理。项目的完成将为高性能Cf/SiC的研发奠定基础,同时丰富和发展多尺度改性Cf/SiC的结构功能一体化设计。

项目摘要

本项目以“传统含硼基体改性无法满足Cf/SiC复合材料中温抗氧化性能和力学性能协同提高的需求”为基础科学问题,提出采用催化剂辅助聚合物浸渍裂解工艺在多孔Cf/SiC复合材料内部原位生成弥散分布TiB2w并借助液硅渗透工艺,制备致密TiB2w改性Cf/SiC复合材料。研究了TiB2w改性Cf/SiC复合材料的微结构和力学性能,分析了前驱体溶液浓度、催化剂含量和Ti/B含量比等不同工艺条件参数对多孔Cf/SiC复合材料内部生长TiB2w的形貌的影响规律,掌握了TiB2w改性Cf/SiC复合材料微结构可控的稳定可重复制备技术,同时阐明TiB2w在Cf/SiC复合材料内部的生成/生长机理。通过表征对TiB2w改性Cf/SiC复合材料的力学性能,获得TiB2w改性Cf/SiC复合材料在不同载荷作用下的失效模式,揭示TiB2w对Cf/SiC复合材料的强韧化机制。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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