化学气相沉积(CVD)制备的SiC纤维具有的高比强、高比模、耐腐蚀等特点,用SiC纤维增强的复合材料具有优异的性能。国际上已有商品化的CVD—SiC纤维产品,但由于有很强的军事应用背景,对我国严格禁运。国内在SiC纤维的研究和应用上还处于初级阶段,所以开展对CVD—SiC纤维的研究很有必要。 本文在分析两种不同类型CVD法制备钨芯SiC纤维反应器的基础上,设计了一种制备CVD-SiC纤维的冷壁沉积装置。装置中用镓铟锌合金取代水银密封沉积室的反应气体,既能达到满意的密封效果,也能降低有害的挥发物,减少了水银因导电率不足引起的打弧现象。 以57μm钨丝和13.5μm钨丝为基底制备CVD—SiC纤维时,SiC的沉积速率和致密度均随温度的升高而增加,温度过高时会在钨丝上形成瘤状、疏松的沉积产物。较低温度下沉积时,反应速率随混合气体中MTS含量的增大而减小,总沉积速率受表面反应控制;在较高温度下,反应速率随混合气体中MTS含量的增大而增大,总沉积速率受质量传输控制。 采用正交实验优化制备CVD—SiC纤维参数,在本实验条件下较好的工艺条件为:温度为1570K、沉积时间为5分钟、氢气流量为450ml/min及氮气流量为100ml/min。各参数对沉积速率影响的主次顺序为:沉积温度、沉积时间、氢气流量、氮气流量。 室温下CVD—SiC纤维的强度分布服从Weibull分布,Weibull模数随拉伸试样标距的增大而减小。CVD—SiC纤维的强度与其微观形貌有密切关系,较高强度纤维的表面较为平整光滑,钨丝与碳化硅沉积层之间结合较好;而低强度纤维的表面存在瘤状物,碳化硅沉积层与钨丝之间结合较差。 纤维中除含有Si、C元素以外,还有氧、铝、钙等其它异质元素,这些元素会导致纤维中产生缺陷,提高原料的纯度和增加反应器的密封性可减少这些有害元素。