作者:先进陶瓷展
更新时间:2019-12-04 08:49
来源:先进陶瓷展 点击数:1109
SiC/SiC 陶瓷基复合材料的制造工艺主要包括聚合物浸渍裂解工艺(Polymer Infiltration and Pyrolysis,PIP)、化学气相渗透工艺(ChemicalVapor Infiltration,CVI)和反应浸渗工艺(Reaction Infiltration,RI)等。日本和法国分别以PIP 和CVI 技术见长,德国在RMI技术领域技术世界领先,美国以CVI 和PIP 技术为主,3 种制备工艺的优缺点如下表所示。
SiC/SiC陶瓷基复合材料几种主要制造工艺特点
目前在SiC/SiC 陶瓷基复合材料制造工艺领域领先的研究机构主要有法国Boreleaux 大学、美国Oak-Ridge 国家实验室和日本Osaka Prefecture 大学等。其中法国Boreleaux 大学和美国Oak-Ridge 长期从事化学气相渗透技术,通过控制温度梯度和气体流场,实现纤维预制体沿温度梯度方向均匀沉积化学气相渗透,可以获得高致密度的SiC/SiC 复合材料,进而实现大尺寸、复杂形状构件的制备。日本Osaka Prefecture大学等研究机构针对PIP工艺的弱点,采用基体掺杂和先驱体改性等工艺,提高了SiC/SiC 复合材料的高温性能,特别是抗氧化能力。
SiC/SiC 陶瓷基复合材料加工工艺
由于SiC/SiC 陶瓷基复合材料的硬度大,特别是材料由基体、纤维等多部分构成,具有明显的各向异性,加工后SiC/SiC 陶瓷基复合材料的表面形貌、尺寸精度和位置精度等对构件的安全性、可靠性和使用寿命等都有重要影响,已成为制约SiC/SiC 陶瓷基复合材料构件工程化应用的主要瓶颈之一。
SiC/SiC 陶瓷基复合材料的加工主要包括切边、钻孔、三维成型和微槽成型等内容。加工工艺主要包括机械加工、水射流加工、激光加工3类。机械加工主要依靠高硬度金刚石等刀具磨削进行加工,其优点在于加工尺寸易于控制,加工表面质量高。缺点在于刀具磨损严重,难以进行小尺寸结构的精加工。水射流加工依靠高压水射流中的超硬磨粒高速冲击实现陶瓷基复合材料构件的加工,无热影响,但是易引起崩边等结构缺陷及损伤,分辨率大于0.5mm,多适用于粗加工。激光加工主要利用极高能量密度激光束照射到复合材料表面,光能在极小的照射面积上转化为高密度的热能,进而使加工表面局部温度急剧升高,导致材料熔化甚至气化,熔化物借助气化蒸气迅喷射出来实现蚀除。其优点在于其非接触性不存在工具磨损问题,因此加工一致性较好。但是由于激光加工表面热影响区偏大,产生的微裂纹会在材料使用的应力循环过程中产生缓慢扩展,成为影响材料及构件的安全性和稳定性的隐患。