一文了解Cf/SiC复合材料应用与制备

一文了解Cf/SiC复合材料应用与制备

Cf/SiC复合材料是一种由碳纤维作为增强体，碳化硅作为连续基体的新型复合材料。它不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱、热膨胀系数小、比重轻等优点，同时还克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点，是公认的理想高温结构材料和摩擦材料之一。本文将详细介绍Cf/SiC复合材料的特点、应用和制备方法。

一、Cf/SiC复合材料的特点

Cf/SiC复合材料是指由碳纤维作为增强体，碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料。Cf/SiC复合材料不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱、热膨胀系数小、比重轻等优点，同时还克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点，是公认的理想高温结构材料和摩擦材料之一。

二、Cf/SiC复合材料的主要应用

1. 航空航天领域：

• 航空器件构件：包括机翼、机身、尾翼等，能够提供高强度、轻量化和耐久性能。
• 发动机部件：如涡轮叶片、喷口导向叶片等，要求具备高温、高压和抗腐蚀能力。
• 航天器零部件：如热防护层、结构件等，能够在极端的高温和高速环境中保持结构完整。

2. 汽车工业：

• 车身结构：使用Cf/SiC复合材料可以降低车身重量，提高车辆的燃油效率和操控性能。
• 刹车系统：由于Cf/SiC复合材料具有优异的耐热性和耐磨性，可以提供更好的刹车性能和耐久性。
• 排气系统：Cf/SiC复合材料能承受高温和高压，广泛应用于制造高性能排气管。

3. 能源领域：

• 燃气涡轮发电机：用于制造涡轮叶片，以提高发电机的效率和耐久性。

三、Cf/SiC复合材料的制备方法

目前，Cf/SiC复合材料的制备方法主要包括如下几种：

1、化学气相渗透沉积法（CVI）：

该方法是在高温下通过硅有机物裂解产生的气体沉积到预制体内部形成Cf/SiC复合材料，其缺点是制备周期长，沉积陶瓷基体均匀性差，制备成本高。

2、先驱体浸渍裂解法（PIP）：

该方法是采用聚合物硅烷作为先驱体浸渍到多孔的纤维预制体中然后高温裂解原位生成陶瓷基体，经过多次处理最终得到Cf/SiC复合材料，其缺点是制备周期长，碳化硅在纤维上的附着力较差导致摩擦磨损过程中磨耗大。

3、熔融渗硅法（LSI）：

该方法是在高温下将硅粉熔融，通过毛细作用渗透到碳纤维预制体中，然后与碳预制体中的热解碳反应生成碳化硅最终得到Cf/SiC复合材料。该方法简单、快捷、成本较低，但存在着碳化硅颗粒粗大且分布不均匀，熔体硅不但与沉积碳反应也与碳纤维反应导致材料整体力学性能下降，且多余的硅影响Cf/SiC复合材料的稳定性和高温性能等缺点。

四、Cf/SiC复合材料工艺流程

• 气相沉积工艺（CVI/CVD工艺）
• 气相沉积+浸渍/裂解工艺（CVI+PIP工艺）