热震温度对CSiC复合材料连接的影响毕业设计论文Word文件下载.docx

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日期：

【摘要】：

利用热震试验法分别在室温，500℃，700℃，900℃时对C/SiC复合材料的连接进行高温热处理热震试验。

研究高温热处理温度对C/SiC复合材料的连接的影响。

结果表明C/SiC复合材料的连接的呈现规律性变化，随着温度的升高其拉伸强度和压缩强度都类似的规律下降，从而影响其连接。

在500℃时高温热处理对C/SiC复合材料的连接影响较小，宜选用此温度来进行C/SiC复合材料的连接。

【关键词】：

C/SiC复合材料高温热处理热震试验拉伸强度压缩强度

ThermalshocktemperatureonC/SiCeffectofcompositeconnection

Author:

Wenjunwei

Instructor:

tongqiaoying

Subject:

electronicinformationengineering

Yanchengteachers'

CollegeofphysicalscienceandelectronictechnologyCollege

YanchenginMay2010

【abstract】:

Usethermalshocktestmethodrespectivelyatroomtemperature,500℃;

700℃;

900℃toC/SiCcompositeconnectionforhigh-temperatureheattreatmentofthermalshocktest.HightemperatureannealingtemperatureonC/SiCcompositeconnections.ResultsindicatethatC/SiCcompositeconnectionofrenderingtheregularity,astemperaturesincreaseitstensilestrengthandcompressionstrengtharesimilarlawsfall,thusaffectingitsconnection.At500&

#176;

conC/SiCcompositeslessimpactontheconnection,usethistemperaturetoC/SiCcompositeconnections.

【Keywords】:

C/SiCcompositesheat-treatedthermalshocktesttensilestrengthcompressivestrength

目录

第一章绪论3

1.1C/SiC复合材料3

1.1.2C/SiC复合材料的应用3

1.1.3C/SiC复合材料的主要制备方法4

1.2C/SiC复合材料的连接4

1.2.1连接意义4

1.2.2传统连接方法5

1.2.2.1粘接5

1.2.2.2机械连接5

1.2.2.3焊接7

1.2.3新型连接方法8

1.2.3.1在线液相渗透连接方法8

1.2.3.2复合材料铆接方法9

1.2.3.6本实验采用的连接方法10

1.3热震试验10

1.4研究内容10

第二章实验过程11

2.1试样制备11

2.1.1原材料11

2.1.1.2制备PyC界面相和SiC基体所用气源物质11

2.1.2连接试样的制备过程12

2.2试验过程13

第三章结论15

参考文献：

16

致谢18

第一章绪论

1.1C/SiC复合材料

自七十年代以来，为了寻求将热防护、结构承载以及防氧化结合于一体的新途径，人们从提高基体抗氧化性能着手进行了广泛而深入的研究，用抗氧化性能优异的SiC取代C作为基体的C/SiC复合材料，成为继C/C复合材料之后新一代热结构材料，受到了极大的关注。

SiC为共价的三维晶体，以α和β两种晶态存在。

其中，βSiC为正方晶型，具有闪锌矿或准金刚石结构。

β型（立方晶型）SiC和金刚石晶体结构类似，具有很高的强度。

SiC有良好的化学稳定性和热稳定性，有低的膨胀系数和较高的传热系数、较高的高温强度，以及十分优良的抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性。

由于具备这些优良的性能，SiC受到了广泛的注意，在机械、化工、能源以及军工等方面得到了大量的应用。

但是，由于其室温强度较低以及韧性不足而使其应用受到一定限制。

为了提高SiC材料的强度和韧性，人们通过高纯、超细原料以及添加剂的选择手段来改善烧结性能以获得高致密度的材料。

虽然材料强度有所提高，但对韧性的改善作用不明显。

从20世纪八十年代以来，许多研究采用添加第二相粒子的办法，借鉴金属材料弥散强化理论，使通过裂纹与较韧第二相粒子相遇时，发生裂纹偏折、绕道、分叉或钉扎等效应，改善了基体抗断裂能力，从而提高了韧性，较典型的例子有SiCTiC系统、SiCZrB2、SiCAl2O3、SiCTiO2等。

随韧性提高，也由于第二相引入而带来若干其它缺点，如高温强度和抗氧化性能会有所下降。

更多的研究者则试图通过晶须、纤维来增强SiC陶瓷。

C/SiC复合材料具有耐高温、抗热震、高强度（甚至在高温下）、高韧性、高硬度、高耐磨性、高化学稳定性、高设计容限、高导热性、低密度和低热膨胀系数等一系列优异性能。

它可以满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命、2800℃以下瞬时寿命的使用要求，不仅在高推重比航空发动机，卫星姿控发动机、超高声速冲压发动机、空天往返防热系统、巡航导弹发动机、液体和固体火箭发动机等武器装备领域具有广阔的推广应用前景，在涡轮燃气电站和核能反应堆等民用领域的市场潜力更大。

1.1.2C/SiC复合材料的应用

目前为止，C/SiC已经成为研究最多的编制体陶瓷基复合材料。

欧洲动力协会（SEP）、法国Bordeaux大学、德国Karslure大学、美国橡树岭国家实验室早在20世纪七十年代便率先开展了研究C/SiC复合材料的工作[7-9]。

由SEP研制的C/SiC复合材料的主要性能为[7,10]：

弯曲强度：

400Mpa、弹性模量：

80Gpa、断裂应变：

0.8%（350MPa）断裂韧性：

25MPam1/2、断裂功：

10000Jm-2。

在国外，C/SiC已成功地用于喷管和喉衬材料，用作高推比航空发动机热端部件的应用研究也已通过试飞考核。

用C/SiC复合材料作成的喷瓣及尾气调节片已经用于幻影2000战斗机的M55发动机和狂风战斗机的M88航空发动机上，法国“海尔梅斯”号航天飞机的鼻锥帽等也采用了这种材料。

由德国IABG公司生产的C/SiC复合材料已经应用在光学领域（镜子和反射镜）、燃烧室、热交换机、高性能车辆刹车盘、化学工业和国防领域。

1.1.3C/SiC复合材料的主要制备方法

C/SiC复合材料可以通过液相或气相途径来制备。

为了不损伤纤维并且降低成本，希望有一个低温、无压和近尺寸的制备工艺。

选择制备工艺时还得考虑所制备部件的尺寸、形状和数量。

C/SiC复合材料常用的制备方法有：

热压烧结法（HPS）、先驱体转化法（PIP）和反应熔体渗透法（RMI）、化学气相渗透法（CVI）。

化学气相渗透法（ChemicalVaporInfiltration，简称CVI）是目前已得到使用并商品化的生产方法，本实验所用的试样是通过CVI法来制备的。

它是在CVD（ChemicalVaporDeposition）基础上发展起来的制备技术。

这种技术是将纤维预制体置于密闭的反应室内，通入反应气体，在高温下，气体渗入预制体内部发生化学反应，沉积出陶瓷基体。

在CVI过程中，预制体中反应气体和气体产物的传输主要通过扩散来实现。

为了进行深化沉积，CVI过程在低温（8001100℃）和低压（几KPa10KPa）下进行，以降低反应速度并提高气体分子在多孔预制体中的平均自由程。

CVI法的主要优点是：

1能在低压低温下进行基体的制备，材料的内部残余应力小，纤维受损小；

2能制备硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等多种陶瓷材料，并可实现微观尺度上的成分设计；

3能制备形状复杂和纤维体积分数高的近尺寸部件；

4在同一CVI反应室中，可依次进行纤维/基体界面、中间相、基体以及部件外表面的沉积。

但是，CVI法存在以下缺点：

1SiC基体的致密化速度低，生成周期长（100h以上）制造成本高；

2SiC基体的晶粒尺寸极其微小（~10nm），复合材料的热稳定性低；

3复合材料不可避免地存在1015%的孔隙，以作为大分子量沉积副产物的逸出通道，从而影响了复合材料的力学性能和抗氧化性能；

4预制体的孔隙入口附近气体浓度高，沉积速度大于内部沉积速度，易导致入口处封闭（即“瓶颈效应”）而产生密度梯度；

5制备过程中产生强烈的腐蚀性产物。

1.2C/SiC复合材料的连接

1.2.1连接意义

人们研究材料的目的是使之能够应用于实际的工程中，正因为如此，在研究过程中就应该充分考虑实际应用中的情况以及材料的成本问题。

在实际应用中的零部件的形状及尺寸都十分复杂，而复合材料制备工艺的复杂性以及较高的制造成本使得研究复合材料的低成本制造就变得迫不及待。

在实际生产中，连接是材料制造成零部件和结构时的一种必不可少的重要加工手段。

采用连接技术可以制造形状和尺寸非常复杂的零部件，而且其生产成本也相对较低。

因此在复合材料的应用中也必然会遇到连接问题。

但由于复合材料的特殊性能是综合利用了各有关学科中的最新成就，通过高技术获得的，因此其连接性通常较差。