《面向超高溫使用的超強韌SiCf/SiCm複合材料研究》是依託北京航空航天大學，由里奇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向超高溫使用的超強韌SiCf/SiCm複合材料研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：里奇
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳化矽纖維增強碳化矽基體複合材料（SiCf/SiCm）為面向苛刻環境及超高溫使用的陶瓷基複合材料的傑出代表，但是其安全套用依賴於材料內部的微觀組織約束微裂紋生長的能力從而避免災難性失效。利用生物材料多層級的、複雜的、微觀組織及結構的定製設計，可以獲得強度和韌性兼有的高穩定性的高損傷容限超高溫結構材料。然而如何評估材料在苛刻環境下的失效行為又是一個難題。本項目將首先對碳化矽纖維界面相進行精細處理並測試其界面結合力，繼而設計多種纖維三維架構編織方案，合成SiCf/SiCm複合材料，從而對製備出的複合材料開展複雜熱力環境下的同步輻射X射線四維原位實時研究，獲得SiCf/SiCm複合材料界面和架構設計的最佳化方案，並開展組織模型的虛擬測試。本項目將會大大推動SiCf/SiCm複合材料的國產化。
結題摘要
連續碳化矽纖維增強碳化矽陶瓷基(SiCf/SiCm)複合材料因其低密度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等優點被認為是航空航天領域及超高溫環境用領域最具潛力的結構材料。在我國，開展SiCf/SiCm複合材料的製備研究以及損傷表征對我國的國防建設具有重大戰略意義。本項目系統性的研究了SiCf/SiCm複合材料各層級結構材料的製備工藝和方法，表征了國產二代SiC纖維的本徵和環境性能，獲得了製備熱解碳(PyC)界面層和SiC基體的製備參數。在此基礎上製備了具有不同編織結構體系的 SiCf/SiCm複合材料，：(1) 具有單層PyC界面的單束SiCf/SiCm複合材料；(2) 具有單層PyC界面的2.5D SiCf/SiCm複合材料；（3）具有單層PyC界面的3維4向SiCf/SiCm複合材料；（4）具有PyC/SiCn多層界面的2D SiCf/SiCm複合材料，並對所製備的材料進行了損傷評價，特別是對具有2.5D 編織結構的SiCf/SiCm複合材料的微觀結構特徵、界面氧化行為、拉伸變形過程損傷機理等進行了深入研究。本項目研究結果可以為SiCf/SiCm複合材料的結構設計，製備工藝，損傷表征和套用提供一定的理論參考和實驗依據。另外，為了尋求韌性更高的複合方式，本項目成功製備出柞蠶絲纖維/碳纖維混雜增強複合材料，研究了纖維混雜方法對複合材料韌性提高的作用機制，結果表明纖維混雜結構複合材料提升了複合材料的剛度和強度，改善了界面結合性能，實現了複合材料強度、剛度和韌性的平衡，這為陶瓷基複合材料的結構設計提供了一定的借鑑思路。
