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提高硅碳棒陶瓷基复合材料的热导率

2023-10-12 10:27:24     点击:

       硅碳棒陶瓷基复合材料以其高比强度、高比模量、高导热、良好的耐烧蚀性能、高温抗氧化性、抗热震性能等特性,广泛应用于航空航天、摩擦制动、核聚变等领域,成为先进的高温结构及功能材料。本文综述了高导热硅碳棒陶瓷基复合材料制备及性能等方面的最新研究进展。引入高导热相,如金刚石粉、中间相沥青基碳纤维等用以增强热输运能力;优化热解炭炭与硅碳棒基体界面用以降低界面热阻;热处理用以获得结晶度更高、导热性能更好的硅碳棒基体;设计预制体结构用以建立连续导热通路等方法,提高硅碳棒陶瓷基复合材料的热导率。此外,本文展望了高导热硅碳棒陶瓷基复合材料后续研究方向,即综合考虑影响硅碳棒陶瓷基复合材料性能要素,优化探索高效、低成本的制备工艺;深入分析高导热硅碳棒陶瓷基复合材料导热机理,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系以期制备尺寸稳定、具有优异热物理性能的各向同性高导热硅碳棒陶瓷基复合材料。

       硅碳棒(Silicon Carbide, SiC)是由碳原子和硅原子形成强共价键组成的四面体,具有高硬度、高强度、高导热(490 W/(mK))9以及良好的热稳定性等特点,被广泛应用于热交换部件和电子基板等。但是,硅碳棒陶瓷材料质地较脆,对裂纹敏感,难以独立使用。纤维增强硅碳棒陶瓷基复合材料是以纤维为增强体,硅碳棒为基体的陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites, CMCs),除具有硅碳棒的优异性能外,还兼具增强纤维轻质高强、耐腐蚀、抗老化等优点,如硅碳棒纤维增强硅碳棒陶瓷基复合材料(S1Cf/S1C14-17].碳纤维增强硅碳棒陶瓷基复合材料(Cf/S1C, C/C-S1C18-20]等。但是增强纤维石墨化程度较低,石墨微晶尺寸较小,热导率较低(硅碳棒纤维热导率小于70 W/(mK),如表1所示普通碳纤维热导率小于20 W/(mK)22],难以形成有效的导热通路。因此,常见的硅碳棒陶瓷基复合材料导热性能较差。www.zbqunqiang.cn

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