添加碳化硼对炭炭复合材料的性能影响研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要C／C复合材料具有突出的高温力学、热物理及摩擦磨损性能，广泛应用于航空航天等领域，但其存在高于400℃的氧化性气氛中易氧化等不足。为了克服其不足，改善其综合性能，并拓展其应用领域，本文开展了于C／C复合材料中添加陶瓷颗粒的基体改性研究。采用在炭纤维针刺整体毡成型过程中加入碳化硼粉末的新方法制得含碳化硼的预制体，经化学气相渗透、树脂浸渍／炭化增密制备了添加碳化硼的C／C复合材料。通过光学显微镜、SEM和XRD等分析手段对其显微组织结构特征和石墨化度变化规律进行了研究，考察了其氧化特性、力学性能和摩擦磨损性能，并探讨了这些性能的影响因素及机理。研究结果表明：(1)添加的碳化

2、硼颗粒主要弥散地分布于预制体的网胎层中。CVI增密后，碳化硼与围绕其沉积的热解炭之间没有间隙、结合紧密，且SEM下，碳化硼表面沉积的热解炭呈苞状和蠕虫状两种形态。(2)碳化硼对C／C复合材料有促进石墨化作用，随碳化硼含量的增加或热处理温度的提高，材料的石墨化度提高。高温是碳化硼发挥促进石墨化作用的重要条件；热处理温度较低时，仅“固溶促进石墨化”机制起作用，热处理温度提高，“固溶促进石墨化”作用加强，且可能引发其他促进石墨化机制作用，材料的石墨化度提高更为显著。(3)2000℃热处理温度时，添加碳化硼C／C复合材料的抗氧化能力不及未添加碳化硼的C／C复合材料。添加碳化硼C／C复合材料的抗氧化能力

3、随着热处理温度的不断提高而增强，当热处理温度为2500℃时，添加碳化硼c／C复合材料的抗氧化能力显著高于未添加碳化硼的C／C复合材料，其机理是：a、石墨化度和微晶尺寸明显增大、置换固溶硼的作用加强使炭纤维和基体炭本身的抗氧化能力提高；b、氧化过程中生成的B：03保护膜或保护簇团阻碍了氧向材料内扩散以及抑制了纤维上活性点的氧化。(4)实验考察范围内，添加碳化硼C／C复合材料的弯曲强度为80～130MPa，垂直压缩强度为90～150MPa，平行压缩强度为60～110MPa。添加碳化硼使得C／C复合材料力学性能降低，且随碳化硼含量的增多，C妃复合材料的弯曲强度和压缩强度趋于降低；添加碳化硼C／C复合

4、材料随热处理温度的升高弯曲强度和压缩强度降低。添中南大学硕士学位论文摘要加碳化硼C／C复合材料弯曲破坏属于脆性断裂方式，碳化硼含量越多、热处理温度越高，脆性断裂特征越明显。(5)经不同温度热处理后，添加碳化硼C／C复合材料的摩擦磨损性能有很大的差别。2000℃时，表现为严重的磨粒磨损，材料磨损相当严重，摩擦系数较高：2300℃时，摩擦表面形成平整而光滑的自润滑膜，材料抗磨能力明显增强，且摩擦系数偏小；2500℃时，磨损又较2300℃时有所增加，摩擦系数偏大；增大刹车压力，添加碳化硼C／C复合材料的摩擦系数有所下降，摩擦曲线更加平稳，磨损增加。实验考察范围内，添加碳化硼C／C复合材料摩擦磨损性能

5、最佳为摩擦系数O．32，稳定系数0．60，线磨损1．91．tm，质量磨损8．69mg。关键词碳化硼，C／C复合材料，氧化特性，力学性能，摩擦磨损特性Ⅱ中南大学硕士学位论文ABSTRACTC／CcompositesareappliedtothefieldofaviationandspaceflightandSOon，becauseoftheirexcellenthightemperaturemechanicalperformanceandthermalphysicalperformanceandtribologicalproperty,buthavesomedefects，forexamplet

6、endtobeoxidizedatoxidableatmosphereofover400"C．Inordertoovercomethosedefectsandimproveitssyntheticalpropertiesandspreadtheirapplicationfields，thematrixinhibitedC／Ccompositesbyaddingceramicparticleswerestudiedinthispaper．ThepreformswithboroncarbidewerepreparedbyaddingBaCpowderintointegratedcarbonfelt

7、s．C／CcompositesweremadeofthepreformswithB4CadditivewhichweredensifiedbyCVI(chemicalvaporinfiltration)andfollowingresinimpragnation／carbonization．Themicrostructurefeatureandgraphitizationdegreeofthecom