1、xx 学院毕业论文（设计）第 1 页 共 23 页热震温度对 C/SiC 复合材料连接的影响xx 学院毕业论文（设计）第 2 页 共 23 页毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解
2、大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： xx 学院毕业论文（设计）第 3 页 共 23 页学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方
3、式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日xx 学院毕业论文（设计）第 4 页 共 23 页xx 学院毕业论文（设计）第 5 页 共 23 页【摘要】：利用热震试验法分别在室温，500 ，70
4、0，900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 Thermal shock temperature on C/SiC effect of composite connectionAuthor: Wen jun wei
5、xx 学院毕业论文（设计）第 6 页 共 23 页Instructor: tong qiaoying Subject: electronic information engineering Yancheng teachers College of physical science and electronic technology CollegeYancheng in May 2010 【abstract】: Use thermal shock test method respectively at roomtemperature, 500 ; 700 ; 900 to C/SiC compo
6、site connection for high-temperature heat treatment of thermal shock test. High temperature annealing temperature on C/SiC composite connections. Results indicate that C/SiC composite connection of rendering the regularity, as temperatures increase its tensile strength and compression strength are s
7、imilar laws fall, thus affecting its connection. At 500 c on C/SiC composites less impact on the connection, use this temperature to C/SiC composite connections.【Key words】: C/SiC composites heat-treated thermal shock test tensile strength compressive strength xx 学院毕业论文（设计）第 7 页 共 23 页目 录第一章 绪 论 .31
8、.1 C/SiC 复合材料 .31.1.2 C/SiC 复合材料的应用 .31.1.3 C/SiC 复合材料的主要制备方法 .41.2 C/SiC 复合材料的连接 .41.2.1 连接意义 .41.2.2 传统连接方法 .51.2.2.1 粘接 .51.2.2.2 机械连接 .51.2.2.3 焊接 .71.2.3 新型连接方法 .81.2.3.1 在线液相渗透连接方法 .81.2.3.2 复合材料铆接方法 .91.2.3.6 本实验采用的连接方法 .101.3 热震试验 .101.4 研究内容 .10第 二 章 实验过程 .112.1 试样制备 .112.1.1 原材料 .112.1.1.2
9、 制备 PyC 界面相和 SiC 基体所用气源物质 .112.1.2 连接试样的制备过程 .122.2 试验过程 .13第 三 章 结论 .15参考文献： .16致 谢 .18xx 学院毕业论文（设计）第 8 页 共 23 页第一章 绪 论1.1 C/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，以和两种晶态存在。其中，SiC为正方晶型，具有闪锌矿或准金刚石
10、结构。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
11、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、SiC ZrB2、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
12、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。1.1.2 C/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
13、%（350MPa）断裂韧性：25MPa m1/2、断裂功：10000J m-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xx 学院毕业论文（设计）第 9 页 共 23 页空发动机上，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。1.1.3 C/SiC 复合材料的主
14、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（Chemical Vapor Infiltration，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（ Chemical Vapor Deposition）基础上发展起来的制备技术。这种技术是将纤维预
15、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（800 1100）和低压（几KPa 10KPa）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 /
16、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：1 SiC 基体的致密化速度低，生成周期长（100h 以上）制造成本高；2 SiC 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 10 15%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。xx 学院毕业论文（设计）第 10 页 共 23 页1.2 C/SiC 复合材料的连接1.2.1 连接意
17、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。对于 C/SiC 来说，连接是其走向工程应用需要解决
18、的关键课题之一。一方面，C/SiC 复杂精密构件的低成本制造需要实现 C/SiC 之间的连接；另一方面，与金属结构材料的相容需要实现 C/SiC 与金属之间的连接。目前国内外对于陶瓷材料的连接方法已经有了相当广泛的研究，但有关纤维增韧陶瓷基复合材料的连接方法研究很少，碳纤维增韧碳化硅基复合材料的连接研究仍处于起步阶段。国内外对于 C/SiC 复合材料的连接的报道相当少。由于工艺的限制以及检查、拆装、维护的需要，复合材料各零部件间也要通过连接而成为一个整体。纤维增韧陶瓷基复合材料由于编织工艺，大型精密复杂结构件的制造要么十分困难，要么十分昂贵，实现复合材料之间的连接是解决大型复杂精密结构件的关键
19、。另一方面，对于材料来说用得最为普遍的是金属合金系列的材料，要使纤维增韧陶瓷基复合材料得到广泛的应用，也必须要解决复合材料与金属合金系列的相容，即要实现复合材料与金属合金的连接。因此，连接是 C/SiC 复合材料作为一种新型材料得到更广泛应用而急待解决的关键问题1.2.2 传统连接方法目前国内外对于陶瓷材料的连接方法已经有了相当广泛的研究，但有关纤维增韧陶瓷基复合材料（Fiber reinforced ceramic matrix composite，简称 FRCMC）的连接方法研究不多，碳纤维增韧碳化硅基复合材料的连接研究仍处于起步阶段 20-28。复合材料的连接方法主要为粘接、机械连接和焊
20、接。1.2.2.1 粘接粘接是一种很重要的连接技术,在绝大多数工业领域都有应用,它采用有机和无机粘合剂将构件连接在一起。粘接是一种传统的连接复合材料的方法。目前较为成熟的高温粘接方法大致可以分为反应渗硅法和聚合物热解法两种。ARCJoinT（Affordable Robust Ceramic Joining Technology）属于反应渗硅法的一种，连接时把一些碳质混合物放置到接点区域，在 100120温度范围内处理 1020 分钟，然后把纯硅粉以浆料的形式涂于连接区域周围，加热到 1425保温 510 分钟，液态硅通过毛细作用渗入连接区域与碳发生反应形成 SiC。聚合物热解法是通过应用一种聚合物作为陶瓷先驱体与一些溶剂或陶瓷颗粒等混合，作为中间层置于复合材料待连接面间，加热到一定温度使聚合物发生热解生成陶瓷，生成的陶瓷确保了接头与陶瓷基复合材料的相容性，而
