通过PIP制备聚碳硅烷衍生的3D-SiC支架

3D打印科研前沿
2021
07/12
09:01
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撰稿人:李赛、鲁中良
撰稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

碳化硅(SiC)具有耐高温、耐辐照、高硬度、高模量等特性,是一种极具应用前景的材料。聚合物衍生陶瓷(PDCs)由于其加工温度低、形成非晶或纳米结构、易设计性和前驱体易处理等优点而得到了广泛的研究。直写打印DIW是一种灵活而强大的方法,能够通过喷嘴挤出粘弹性油墨来制造广泛的陶瓷、金属、聚合物和多种材料。

该研究团队[1]制备了五种晶须增强的3D-SiC,并将其用作3D-SiC基复合材料的支架。 这些支架包含SiCp和Ti两种不同的填充物,互连的孔和CVI层的界面。将钛粉作为活性填料添加到基于PCS的悬浮液中,以吸收释放的气体,并旨在提高陶瓷产量。在1800℃下烧结3D-PCS的支架,可以在支架内部建立相互连接的孔。为了改善3D支架与PIP层之间的接触面积和界面结合强度,使用了CVI工艺3D-SiC支架上形成SiC层。最终通过PIP制备了五种类型的3D SiC基复合材料,并对其微观结构,组成和力学性能进行了详细研究。

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图1 基于PCS悬浮液的3D-SiC基复合材料制造工艺示意图
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图2 采用23个PIP循环制备3D-SiC基复合材料的SEM图像
最终结果表明:(1)Ti活性填料有效地提高了陶瓷的成材率,但由于TiCx和TiaSib形成过程中的体积膨胀,导致3D SiC支架中网状裂纹的形成。(2)在PIP过程中,3D支架的重量增加分为两个阶段,前10个周期为线性关系,后10个周期为抛物线关系。(3)细丝上互连的孔隙或SiCw增加了3D支架与PIP层之间的结合强度,从而提高了拉伸强度。添加Ti填料的3D sic基复合材料的抗拉强度最高,为129.7 MPa,这是由于PIP工艺后3D支架和界面得到了强化。

参考文献:
H. Xiong, L. Zhao, H. Chen, H. Luo, X. Yuan, K. Zhou, D. Zhang, Building SiC-based composites from polycarbosilane-derived 3D-SiC scaffolds via polymer impregnation and pyrolysis (PIP), Journal of the European Ceramic Society, 41 (2021) 1121-1131.


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