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文檔簡介
1、連續(xù)纖維增強(qiáng) SiC基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比模量、低密度等特性,同時擁有耐高溫、抗氧化等優(yōu)異性能,已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車及核工業(yè)等領(lǐng)域。混雜纖維復(fù)合材料不僅保留著單種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn),更具有單種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不能實(shí)現(xiàn)的效果,在力學(xué)性能、摩擦性能、熱性能等方面展示出獨(dú)特性。但是,混雜纖維復(fù)合材料在陶瓷基復(fù)合材料中的研究和應(yīng)用鮮有報(bào)道。本文開展了2D混編碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料剛度預(yù)測;制備層間混編碳纖維和碳
2、化硅纖維增強(qiáng) SiC基復(fù)合材料,對所制備的混編復(fù)合材料拉伸性能和彎曲性能進(jìn)行了測試表征及分析;且制備純 SiC基體,測量其工程常數(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料剛度計(jì)算;最后,對比其拉伸模量的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值。
通過采用蛋白發(fā)泡工藝制備SiC基體骨架,以低分子液態(tài)聚碳硅烷(LPVCS)為先驅(qū)體,采用 PIP工藝制備與復(fù)合材料中基體類似的純 SiC基體。采用壓汞法對制備過程中SiC基體的密度、孔隙率和孔隙分布進(jìn)行分析,SiC基體的最終密度為2.6
3、g/cm3,孔隙率為23.6%。采用彎曲共振法測量SiC基體工程常數(shù),SiC基體的楊氏模量為36.6GPa,剪切模量為6.1GPa,泊松比為1.9。
對2D混編預(yù)制件的混編方式進(jìn)行設(shè)計(jì),提出合理的混編復(fù)合材料單胞模型;根據(jù)不同的單胞模型,對單胞內(nèi)纖維的空間形狀進(jìn)行分析;考慮陶瓷基復(fù)合材料界面層對其力學(xué)性能的影響,運(yùn)用平均剛度法對混編復(fù)合材料剛度進(jìn)行預(yù)測。通過所制備的混編復(fù)合材料拉伸模量預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)值的對比發(fā)現(xiàn),例如,碳纖維與碳
4、化硅纖維層數(shù)比為1:5時,模量計(jì)算值和預(yù)測值分別為47.5MPa和40.4MPa,在誤差和實(shí)驗(yàn)可能存在的原因內(nèi)預(yù)測模型較為合理。通過混編復(fù)合材料的彎曲和拉伸性能進(jìn)行測試表征發(fā)現(xiàn),碳纖維與碳化硅纖維層數(shù)比為1:5的混編復(fù)合材料彎曲和拉伸強(qiáng)度分別為572.1MPa和111.1MPa,SiC/SiC復(fù)合材料的彎曲和拉伸強(qiáng)度分別為512.6MPa和102.9MPa,說明少量碳纖維的加入使SiC/SiC復(fù)合材料的強(qiáng)度得到了提高。觀察復(fù)合材料應(yīng)力-
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