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泛锐研究院生产的碳陶复合材料相关性能参数

※ 2> C/SiC陶瓷基复合材料简介碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中，尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。但是，陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力，在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外，几乎没有其它吸收能量的机制，这就严重限制了其作为结构材料的应用。碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点，在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。用碳纤维增强碳化硅复合材料，材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量，使材料表现为非脆性断裂。C/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能，受到了世界各国的高度关注，并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具等领域。※ 3> C/SiC陶瓷基复合材料的优异性能C/SiC陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度、高强度、高导热率、高耐磨性、高阻尼系数、热辐射系数高、性能可设计性强等优点。（1）耐高温C/SiC陶瓷基复合材料与传统材料相比具有更耐高温的特点，其可实现在1650℃以下长寿命使用，在1650℃至2200℃有限寿命使用，在2200℃至3000℃瞬时寿命使用，图3为其与其他材料使用温度的对比情况。

（2）低密度C/SiC陶瓷基复合材料的密度基本在2g/cm3，与高温合金8g/cm3的密度相比具有较大的优势，在航空航天领域应用时可以结构减重1/2至2/3左右，如图4。

（3）抗烧蚀性能好C/SiC陶瓷基复合材料具有优异的抗烧蚀性能，在6500 KW ·m-2的热流密度条件下其线烧蚀率仅为0.01mm·s-1。（4）热膨胀变化系数小不同编织方式制备的C/SiC陶瓷基复合材料的热膨胀系数如表1所示，可见其在受热情况下热膨胀变化很小。

（5）性能可设计性强通过采用不同的纤维预制体编织方式，可以实现材料性能的预先设计，在满足性能要求的前提下也达到可以节约成本的目的，如图5所示。

※ 4> C/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的制备工艺的关键是：纤维损伤小；纤维/基体界面结合强度适中；克服基体致密化过程中的“瓶颈效应”；制备成本低。经过两年多的科学实验研究，河南泛锐复合材料研究院已掌握制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的基备工艺：先驱体浸渍裂解法（Precursor infiltrationpyrolysis, PIP）、化学气相渗透法（Chemical vaporinfiltration, CVI）、液相渗硅法（Liguid silicon infiltration，LSI）及综合工艺。（1）先驱体浸渍裂解法先驱体浸渍裂解法又成为液态聚合物浸渍法（Precursor infiltrationpyrolysis, PIP），在一定温度和压力下，采用有机先驱体溶液或熔融体浸渍碳纤维预制体，交联固化后在惰性气氛中进行高温裂解，使先驱体转化为SiC陶瓷基体。制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料使用的聚合物先驱体通常为聚碳硅烷（Polycarbosilane，PCS），其工艺流程如图1所示。

PIP法的优点是：（1）先驱体分子可设计，可制备成分均匀的基体；（2）制备温度低，设备要求简单；（3）可无压烧结，对纤维的化学和机械损伤较小；（4）可制备大型复杂形状的构件。（2）化学气相渗透法化学气相渗透法首先将碳纤维预制体置于CVI炉中，制备热解炭涂层，在通过CVI或者前驱体浸渍/炭化工艺制备低密度C/C坯体，然后用CVI工艺，以三氯甲基硅烷（CH3SiCl3，methyltrichlorosilane，MTS）作为SiC气源，以H2和Ar作为还原气体和载气，在碳纤维预制体的表面和内部发生原位化学反应沉积生成SiC基体，从而得到C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料，其工艺流程如图2所示。

CVI工艺制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的主要优点：（1）可在较低温度下制备SiC基体，避免高温使纤维与基体发生化学反应，从而对纤维造成损伤；（2）制备过程中能保持预制体结构的完整性，实现近净成型制备异型C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料；（3）可对C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的成分进行设计；（4）制备的材料的基体组织均匀、纯度较高。（3）液相渗硅法液相渗硅法的基本过程为：首先采用CVI或液相浸渍/炭化工艺得到低密度的C/C复合材料；然后采用熔融Si在真空下通过毛细作用进行浸渗处理，使Si熔体与C基体反应生成SiC基体，其工艺流程如图3所示。

LSI法制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的优点是：（1）制备周期短、成本低、残余孔隙率低；（2）实现近净成型制备复杂形状的C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料。（4）综合工艺在制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料时，单一的制备工艺通常存在缺陷，可综合利用不同制备工艺的优点，采用两种或者两种以上的混合制备工艺，优化复合材料的性能。

泛锐研究院可提供真空熔炼炉（Ni基，Fe基，Cu基合金熔炼），真空气淬炉（Ni基，Fe基，Cu基合金热处理），气氛烧结炉（室温~2200℃，粉末烧结，固相浸渗等），等静压设备（粉末冶金坯体制备）；超高温烧结炉（室温~3000℃，石墨化处理，高温裂解，碳化，陶瓷烧结等），化学气相沉积炉（碳化硅涂层，热解碳等碳化物涂层），真空压力浸渍炉（树脂、沥青、酚醛、陶瓷先驱体浸渗）；泛锐研究院出品，军工标准 品质保障。河南泛锐复合材料研究院有限公司是一家集新型材料研发生产、技术服务为一体的现代化高新企业。研究院总部设在郑州，在西安设有研发中心，在郑州设有生产基地，目前拥有北京泛锐科技有限公司和西安锐思博创应用材料科技有限公司两个子公司。研究院主要业务包括新材料的生产研发、产业孵化、技术服务等。主要产品有复合材料（碳碳、碳陶、碳纤维增强树脂）、深海浮力材料、气凝胶、钛合金、防弹材料、特种粉体材料等。能够提供的技术服务品种有表面喷涂（喷焊技术、超音速火焰、等离子）、真空熔炼、粉末冶金（常压、等静压烧结）、超临界干燥、磁控溅射镀膜、脉冲激光沉积、化学气相沉积涂层、高温真空感应烧结、3D打印、超音速喷丸、激光喷丸、有限元仿真等。研究院与国内外知名高校，中国科学院、航空、航天、船舶所属的多所研究院所建立了稳定的合作关系，与北京银杏资本管理有限公司、北京金桐网投资有限公司等建立合作，打造新材料产、学、研、用一体化平台，为更多的新材料科研同行构筑成长沃土。