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采用原位生成Si2N2O与添加β-Si3N4晶种的方法协同增韧,利用凝胶注模成型、无压烧结制备了Si3N4复相陶瓷材料,研究了协同增韧对材料力学性能和显微结构的影响.结果表明:通过添加5%(质量分数)的SiO2原位生成Si2N2O使材料的弯曲强度和断裂韧度有明显提高,分别达到359.8 MPa和4.67 MPa·m1/2,通过添加5%质量分数的β-Si3N4晶种,得到的Si3N4复相陶瓷材料中柱状β-Si3N4相生长完好、均匀分布,与板状Si2N2O结合良好.综合以上两种增韧机制使材料的力学性能进一步提高,弯曲强度为486.7 MPa,断裂韧度达到6.38 MPa·m1/2.

关键词: Si3N4 , 晶种 , Si2N2O , 增韧

纳米SiO2改性环氧复合泡沫塑料研究

张万强 , 杨鸿昌 , 裴雨辰 , 赵英民

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.03.007

为了提高环氧复合泡沫塑料(ESF)的性能,扩大应用范围,采用超声波和高剪切分散工艺制备了纳米SiO2改性ESF.结果表明:纳米SiO2的添加量质量分数为3%时,改性效果最好,其拉伸强度、弯曲强度和不加纳米粒子的ESF相比,分别提高了41%、19%;采用扫描电镜(SEM)对材料的断口形貌进行了观察,从微观结构上研究了纳米SiO2的加入对ESF性能的影响;对材料的介电性能测试表明,纳米SiO2粒子的加入对ESF的高频介电性能影响不显著;动态力学分析(DMA)研究表明纳米SiO2粒子质量分数为1%时,ESF的Tg提高了4℃.

关键词: 纳米SiO2 , 纳米复合材料 , 环氧复合泡沫塑料 , 超声波

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

裴雨辰 , 李淑琴 , 于长清 , 黄正宇 , 马景陶 , 李嘉禄

稀有金属材料与工程

以Y_2O_3和Al_2O_3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780 ℃保温2 h烧结,烧结体主要由板条状的Si_2N_2O及长柱状的β-Si_3N_4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间.Si_2N_2O相通过反应SiO_2+Si_3N_4=2Si_2N_2O原位生成.Si_2N_2O具有优异的抗氧化性,Si_3N_4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能.实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800 ℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200 ℃时,材料的残余弯曲强度保持不变.

关键词: SiO_2-BN-Si_3N_4 , 性能 , 复相陶瓷

锆组元改性Cf/SiC的制备及烧蚀性能

孙同臣 , 于新民 , 王涛 , 赵英民 , 裴雨辰

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.04.008

通过对Cf/SiC复合材料基体进行改性制备了碳纤维增韧的超高温陶瓷基复合材料,并研究了其结构形式及组分比例对高温抗氧化耐烧蚀性能的影响.电弧风洞的测试结果表明:经过超高温陶瓷改性的C f/SiC复合材料的抗氧化耐烧蚀性能明显提高,其中陶瓷基体中ZrC含量约为40wt％时,高温抗氧化耐烧蚀性能提高尤为显著,其在600 s来流条件为2 400 K/Ma0.6/0.5 MPa的电孤风洞考核试验条件下,质量烧蚀率仅为7.37×10-5 g/(cm2·s),有望满足超燃冲压发动机燃烧室的使用要求.

关键词: 复合材料 , 超高温陶瓷 , 抗氧化

原位无压烧结制备Si2 N2O-Si3 N4复相陶瓷

裴雨辰 , 李嘉禄 , 于长清 , 李淑琴

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2008.05.002

以Y2O3和Al2O3陶瓷粉体作为烧结助剂,原位无压液相烧结制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷,Si2N2O相通过SiO2+Si3N4 2Si2N2O反应生成.生坯采用注凝成型制备,然后在1780℃保温2h烧结,烧结体基本由板条状的Si2N2O及长柱状的β-Si3N4晶粒构成.Si2N2O陶瓷相对于Si3N4陶瓷而言,具有优异的抗氧化性能,低的弹性模量,以及低的热膨胀系数,因此,Si2N2O-Si3N4复相陶瓷结合了两者的优异性能,并大大提高了材料的热冲击性,材料的热冲击温差即使达到1200℃,其残余强度基本上没有变化.

关键词: 原位无压 , Si2N2O , Si3N4 , 复相陶瓷

PIP法制备SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料Ⅰ——纤维和先驱体性能分析

余娟丽 , 王涛 , 吕毅 , 赵英民 , 裴雨辰

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.03.005

利用先驱体聚合物浸渍-裂解(PIP)技术制备SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料,对SiBN纤维、聚硅硼氮烷有机先驱体裂解以及SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料性能进行了分析.研究表明:聚硅硼氮烷先驱体在氨气气氛下裂解得到的陶瓷产物碳含量较低,其裂解产物介电常数在3.0左右,介电损耗小于0.01;SiBN纤维中C和O元素含量均较高,碳的存在对材料介电性能影响明显;制备的氮化物陶瓷基复合材料弯曲强度为88.52 MPa,弹性模量为20.03 GPa.

关键词: SiBN纤维 , 透波材料 , 复合材料 , 先驱体 , 浸渍—裂解

多孔Sialon陶瓷的冷冻凝胶法制备与表征

王涛 , 余娟丽 , 吕毅 , 郭世峰 , 裴雨辰

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.04.010

采用冷冻凝胶成型和无压烧结工艺制备了多孔Sialon陶瓷材料,通过X射线衍射分析了材料的晶相组成,观察了材料的显微结构形貌,测试了材料的弯曲强度和介电常数.结果表明:z值影响材料的晶相组成,浆料的固相体积分数影响材料的性能,当z=2.5,固相体积分数为60％时,材料的弯曲强度达到116MPa,介电常数为4.79.

关键词: 冷冻成型 , Sialon , XRD , SEM

空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基透波复合材料的制备及其性能

张剑 , 杨洁颖 , 张天翔 , 裴雨辰

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.04.015

以空心石英纤维(HSF)和聚芳基乙炔(PAA)树脂为原料采用RTM工艺制备了空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(HSF/PAA),比较了HSF/PAA与实心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(SF/PAA)的力学性能、介电性能及不同纤维增强体形式对材料力学性能的影响.结果表明,HSF/PAA具有较好的高温力学性能和优异的介电性能,使用温度可达450℃,而且通过对纤维增强体形式的优化有望进一步提高该类材料的综合性能.尽管HSF/PAA的高温力学性能仅有同结构SF/PAA的55％～75％,但其在较宽的温度和频率范围内均具有更低的介电常数(3.1)和介质损耗角正切值(0.004),在实际应用中可以获得更高的传输系数和更宽的壁厚容差,有望在耐高温透波材料在航空航天等诸多领域获得应用.

关键词: 空心石英纤维 , 树脂传递模塑 , 聚芳基乙炔 , 复合材料 , 力学性能 , 介电性能