通过水辅助真空浸渍法快速制备具有多功能特性的Cf/ZrB2-SiC复合材料

陶瓷基复合材料研究

　　

摘要

连续碳纤维增强的ZrB₂-SiC陶瓷基复合材料是一种具有良好前景的热防护材料。尽管注射辅助真空浸渍（IVI）技术相比传统方法具有处理周期短、成本低以及纤维损伤减少等优点，但基于酚类/丙酮的IVI系统制备的复合材料（称为CPS）的陶瓷含量较低。为了解决这一问题，研究人员开发了一种基于水基浆料的无损化方法，制备出了称为CHS的复合材料。经过一次IVI处理后，CHS的ZrB₂相体积分数达到了25%，比CPS高出47%，同时处理时间缩短了49%。经过化学气相渗透（CVI）处理后，CVI-CHS复合材料的室温抗压强度为106.78±10.53 MPa，比CVI-CPS提高了28%。裂纹扩展分析显示，在压缩过程中裂纹呈不连续的锯齿状分布，这主要是由于纤维的桥接作用和能量耗散机制所致。弯曲试验结果表明，两种复合材料的强度都相当高（分别为111.15±12.46 MPa和83.15±12.03 MPa），同时具有较低的弯曲模量（分别为13.00±2.41 GPa和13.52±6.99 GPa）以及较高的应变耐受性（分别为1.32%±0.018%和1.07%±0.34%）。这种现象归因于纤维预制品的各向异性以及不同相之间的弹性模量不匹配，这些因素阻碍了基体对纤维的有效约束，从而有助于缓解应力集中。此外，CVI-CPS在X波段的电磁干扰（EMI）屏蔽性能优于CVI-CHS（分别为34–36 dB和22–27 dB），这是由于前者基体中热解碳和沉积碳之间的协同效应。两种复合材料的EMI屏蔽效率均随温度升高而提高，最高可达600°C。这种环保的水基IVI技术能够制备出高性能、低成本的热防护材料，并具有较高的陶瓷含量和可调的多功能性能。