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      噴口導流葉片、機翼前緣、渦輪葉片和渦輪殼SiC/SiC復合吸波材料

      時間:2023-07-15瀏覽次數:188

          SiC/SiC復合材料綜合性能優異,在航空、航天、核能等領域具有廣泛的應用前景。SiC/SiC復合材料是指在SiC陶瓷基體中引入SiC纖維作為增強相,進而形成以SiC纖維為增強相和分散相、以SiC陶瓷為基體相和連續相的復合材料。SiC/SiC復合材料的結構和組分特征決定了該類材料繼承保留了碳化硅陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐磨耗、耐腐蝕等優點,同時通過發揮SiC纖維增強增韌機理,克服了材料固有的韌性差和抗外部沖擊載荷性能差的先天缺陷。SiC/SiC復合材料綜合性能優異,在航空、航天、核能等領域具有廣泛的應用前景,特別是在航空發動機燃燒室內襯、燃燒室筒、噴口導流葉片、機翼前緣、渦輪葉片和渦輪殼環等熱端部位。

          SiC/SiC復合材料的制備工藝主要包括聚合物浸漬裂解工藝(PolymerInfiltrationandPyrolysis,PIP)、化學氣相滲透工藝(ChemicalVaporInfiltration,CVI)、熔滲工藝(ReactiveMeltInfiltration,RMI)和漿料浸漬熱壓法(SlurryInfiltrationandHot-Pressingprocess,SIHP)等。

          PIP工藝是近些年來研究較多、發展迅速的陶瓷基復合材料制備工藝之一,將聚合物有機先驅體(溶液)浸漬至纖維預制體內部,進而高溫裂解生成陶瓷基體,優點在于處理溫度較低,近凈成型,對于纖維的損傷較小。并且基體可設計性強,可在數次浸漬-裂解周期后得到易加工的中間產品,進行精細加工后再進行進一步致密化,適合制備形狀復雜的大型構件。但陶瓷收率低、制造周期長、材料孔隙率高。

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          CVI工藝主要通過氣相先驅體高溫裂解,在纖維表面沉積獲得致密化復合材料,通過該法制備的材料純度高、基體一般具有完整晶體結構,力學性能優異。得到的復合材料外形基本由預制體決定,能實現近凈成型,制備形狀復雜的部件;在同一沉積爐中,可依次進行界面相、基體以及構件表面涂層的沉積,制備變組分或變密度的復合材料,實現材料的優化設計。缺點在于沉積速率低、制造周期長、成本高、復合材料孔隙率高。

          RMI工藝[敏感詞]的優點為能夠通過一次成型制備致密且基本無缺陷的基體,而且預成型件與構件之間結構尺寸變化較小,被認為是快速、低成本制備近凈成型復雜形狀構件的有效途徑。但該工藝的主要問題在于:熔滲過程溫度較高,對纖維損傷較大;在熔融浸滲過程中,金屬與氧氣等反應形成致密氧化物膜,阻礙金屬進一步反應而在材料內部形成殘留,可能會影響復合材料的高溫穩定性。

          各國對陶瓷基復合材料工藝都進行了詳細的研究,其中日本擁有聚碳硅烷(PCS)和連續SiC纖維制備技術,主要開展PIP工藝制備纖維增強SiC復合材料的研究,特別是在SiCf/SiC復合材料制備上具有較高的研究水平;法國以CVI技術為主,且技術水平屬國際領先;德國以RMI和PIP技術為主,特別是RMI技術[敏感詞];美國對PIP、CVI和RMI工藝均有研究,且均有較高的研究水平,特別是RMI工藝,已經成為GE公司陶瓷基復合材料制備的主流工藝。

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          國內碳化硅基復合材料制備以CVI、PIP、RMI技術為主,SiC/SiC復合材料加工工藝包括傳統機械加工、超聲波技術、激光加工技術、高壓水射流技術和電火花加工技術等。SiC/SiC復合材料硬度高,材料由基體、纖維等多部分構成,具有明顯的各向異性,加之復合材料的表面形貌、尺寸精度和位置精度等對構件的安全性、可靠性和使用壽命等都有重要影響,一般采用傳統機械加工技術和特種加工技術相結合的方式實現材料的[敏感詞]加工。日本在陶瓷基復合材料銑削、切削、磨削、鉆削等傳統加工領域方面優勢明顯,美國、德國、英國、俄羅斯等[敏感詞]在超聲波加工、電火花加工、高壓水射流加工以及激光加工等領域進行了深入研究。

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