1300~1450°C、蠕變應力90~125MPa下的蠕變性能,考察了溫度及應力對復合材料穩(wěn)態(tài)蠕變速率的影響關系。結果表明:Cf/SiC復合材料的穩(wěn)態(tài)蠕變速率在1071量級,蠕變應力指數為1.68,蠕變激活能AQ為99.2kTm廠在纖維周圍和SiC顆粒晶界之間存在的坡璃相及纖維與基體的界面反應是Cf/SiC復合材料抗蠕變能力退化的主要原因。
引百纖維增強陶瓷基復合材料(FRCMCs)因其在高溫下具有高強度、高性、耐腐蝕性好和低密度等優(yōu)點,被認為是目前最有發(fā)展前途的一種可替代金屬及合金的新型的高溫結構材料,在國防和航空航天領域有著廣泛的應用前景。
先驅體轉化-熱壓工藝是在粉末-泥漿熱壓工藝上發(fā)展起來的新工藝。其典型工藝是將陶瓷粉、燒結助劑粉、先驅體等用溶劑溶解制成泥漿,經纖維浸漬纏繞紡制無諱布,切片模壓成型后再熱壓燒結成型。對于先驅體轉化熱壓工藝,先驅體在制備過程中一方面作為有機粘接劑,提高纏繞紡制無諱布的工藝性能,另一方面可在高溫下裂解成陶瓷基體。
在纖維增強陶瓷基復合材料應用于各種高溫環(huán)境時,高溫蠕變性能是應特別關注的陶瓷基復合材料的主要性質之一。目前,國外對陶瓷基復合材料高溫蠕變性能已有較多的研究,但國內尚無在這方面深入研究的相關報道。本研究針對先驅體轉化熱壓工藝制備的單向Cf/SiC陶瓷基復合材料體系,其進行了高溫蠕變性能測試,得到了蠕變激活能數值,并考察了微觀結構對復合材料蠕變性能的影響。
蠕變試樣形狀及尺寸見。測試在西北工業(yè)大學超高溫強度實驗室進行,儀器為烏克蘭進口超高溫蠕變試驗機,肩部進行拉伸加載,測試中間50mm長的變形。采用EOL-2010型透射電鏡進行顯微結構的觀察。
Cf/SiC復合材料的蠕變行為本實驗主要測試了Cf/SiC復合材料真空環(huán)境1300.~1450.下,蠕變應力90~125肘,拉伸蠕變性能,蠕變時間250min左右,而沒有測試Cf/SiC復合材料在此溫度期間的持久性能。、4分別是時彈蠕蠕變中可明顯發(fā)現(xiàn)蠕變兩個階段的變化情況:程的減速蠕變階段,啦/dt逐漸下降;在相同的蠕變時間下,蠕變應力為124MPa的de/dt都大于94MPa的de/dt值。蠕變溫度對de/dt變化的影響與應力的影響規(guī)律是一樣的(、4有一樣的變化規(guī)律)Cf/SiC復合材料的d/drt曲線為蠕變過程的穩(wěn)定蠕變階段。由于試驗時間的關系,蠕變過程的加速蠕變階段沒有在250min內出現(xiàn)。de/dt趨于的恒定值就是Cf/SiC復合材料的穩(wěn)態(tài)蠕變速率e.表1 Cf/SiC復合材料的穩(wěn)態(tài)蠕變速率大量的試驗結果表明,穩(wěn)態(tài)蠕變速率e與蠕變應力a和蠕變溫度T可用Norton公、Si2(來源于PCS裂解生成和原料SiC表面)組成,玻璃化溫度在1660°C(1933K)左右。玻璃相在高溫下的軟化對基體SiC的蠕變性能是不利的。②在纖維的表面有一層厚為330~450nm的反應擴散層。它不僅大大降低了纖維的強度,而且具有一定的玻璃相結構。
這也對復合材料蠕變性能具有不利的影響。
據式(2),-lnnln對(1/RT)作,可得曲線的斜率和截距(計算時n由試樣A、B的數據結果得出)。斜率和截距分別為C/SiC復合材料的蠕變激活能AQ和材料常數A(表2)。
與1ART)的關系表2Cf/SiC復合材料的蠕變常數蠕動應力指數材料常數(A)蠕變激活能(AQ)T.Ogasawara5」對三維編織的Si-Ti-C-O纖維增強SiC復合材料體系的蠕變研究表明,蠕變應力指數主要與蠕變應力水平有關,在較低的蠕變應力下150MPa),n大約為1~2而高應力水平下C>150MPa)時,n值在7~9之間。對其它體系SiCf/Si3N4體系、SiCf/SiC體系也有同樣的結果。
因此對Cf/SiC體系也可認為90 ~125MPa是較低的蠕變應力水平。
顯微結構對Cf/SiC復合材料穩(wěn)態(tài)速率的影響相對于其它材料體系例如金屬和金屬合金,先驅體轉化-熱壓燒結的Cf/SiC復合材料,在1300~ 1450°C、蠕變應力100MPa情況下,其穩(wěn)態(tài)蠕變速率在10-7s這個量級上,蠕變性能有較大的優(yōu)越性。
與Hi-Nicalon/SiC復合材料相比,先驅體轉化-熱壓燒結的Cf/SiC復合材料的蠕變性能處于一個量級之間。
但是在相同條件下與CVI制備的2. 5D-Ct/SiC復合材料蠕變速率~108s1相比,其蠕變速率高于2.5D-Cf/SiC復合材料一個量級7.造成這種結果的原因主要與先驅體轉化-熱壓C/SiC復合材料的結構有關。一般認為,對于未開裂的復合材料,蠕變性能取決于基體的蠕變性能、纖維的蠕變性能以及纖維與基體的界面結構。從Cf/SiC復合材料的結爆I Cf/SiC復合材料的纖維與基體的界面A纖維,B基體C玻璃相3結論°C、蠕變應力90~125MPa、蠕變時間250min條件下,先驅體轉化-熱壓燒結的單向C/SiC復合材料的蠕變存在著兩個蠕變階段一減速蠕變階段和穩(wěn)定蠕變階段。
單向Cf/SiC復合材料復合材料的蠕變應力指數為1.68,蠕變激活能AQ為99.214101 r1量級上,在基體和纖維周圍存在的較多玻璃相及纖維與基體的界面反應是Cf/SiC復合材料抗蠕變能力退化的主要原因。