C/SiC复合材料的非等温氧化研究：熔硅浸渗工艺的影响

"熔硅浸渗工艺快速制备C/SiC复合材料的非等温氧化行为 (2007年)，作者：闰志巧，熊翔，肖鹏，姜四洲，黄伯云" 本文主要探讨了使用熔硅浸渗（Melt Silicon Infiltration, MSI）工艺快速制备C/SiC复合材料，并对其在非等温条件下的氧化行为进行了深入研究。C/SiC复合材料是由碳纤维增强的碳化硅陶瓷基体构成，这种材料因其优异的高温性能、耐腐蚀性和力学性能，在航空航天、汽车和核能等领域有着广泛的应用。 首先，研究人员采用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）方法对针刺整体毡进行增密处理，得到C/C多孔体，然后通过熔硅浸渗工艺将硅熔体渗透到多孔体中，形成C/SiC复合材料。这种方法显著缩短了制备时间，提高了生产效率。 非等温热重分析（Non-isothermal Thermogravimetric Analysis, TGA）被用来研究材料在低温下的氧化反应动力学和反应机理。实验结果显示，C/SiC复合材料的氧化过程具有自催化特性，氧化机制主要为随机成核。动力学参数为lg(A/min-1) = 8.752，Ea = 169.167 kJ/mol，这表明氧化反应的活化能较高，且反应速率受到温度的显著影响。 在MSI工艺中，由于纤维在硅化过程中可能受到损伤，导致活性碳原子暴露，这些碳原子在较低温度下就可能发生氧化，使得C/SiC材料的起始氧化温度仅为524℃，比传统的C/C材料低约100℃。氧化过程中产生的大量裂纹和界面加剧了氧化反应，使得C/SiC材料在早期氧化阶段就表现出较高的反应速率。相比之下，C/C材料在氧化初期则表现出反应速率滞后的现象。 此外，氧化过程还会导致材料结构的破坏，如裂纹的产生，这些裂纹会为氧化剂提供更多的接触面积，加速氧化过程。因此，对于C/SiC复合材料，理解和控制其在非等温条件下的氧化行为至关重要，这对于优化材料设计、提高其在高温环境中的使用寿命和安全性具有重要的科学价值和工程意义。 关键词：C/SiC复合材料，C/C复合材料，熔硅浸渗，氧化动力学，机理 中图分类号：TB332 文献标识码：A