反应熔渗制备高体积分数SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基复合材料的界面设计及增强增韧机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872262
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

SiC ceramic fiber-reinforced SiC matrix composite materials (SiCf/SiC) is a key materials for the new high temperature structural parts. SiC ceramic fiber reinforcement is the key element for the SiCf/SiC matrix composites. Compared with the third-generation continuous SiC ceramic fiber with a tensile strength of 3 GPa, the single-crystal SiC nanowires/nanofibers have small diameter, high tensile strength (16GPa) and super-plasticity. The preform of SiC nanowire nonwoven fabric and nanowire paper/mat can be fabricated by this kinds of cotton-like SiC nanofibers. SiC nanofibers were regarded as the assistant reinforcement of the matrix composite materials, which was fabricated by the in situ synthesis method on the surface of SiC ceramic fiber or carbon fiber. Although the SiC nanowire-contained SiC ceramic shows stronger and tougher performance, it cannot shows the excellent mechanical properties of SiC nanofibers because the low volume fraction, low compactness of SiC nanofibres and uncontrollable interface. Based on our previous research work on the large-scale fabrication of SiC nanofibers and the reactive melt infiltration of SiC ceramic, the SiCnf/SiC matrix composite materials with high volume fraction and high compactness of SiC nanofibres will be fabricated by the reactive melt infiltration method. The reaction mechanism and kinetics of Si/C will be investigated. The interface between SiCnf and SiC matrix will be designed. The strengthening-toughening mechanisms of the high volume fraction SiC nanofibres reinforced SiC matrix composites will be discussed. SiCnf/SiC will provide a new strategy toward materials design and fabrication for the research and development of the SiC/SiC composites.
SiC陶瓷纤维增韧SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)是新一代高温热结构部件的关键材料。增强体SiC纤维是制备高质量SiCf/SiC的关键。与第三代SiC纤维(拉伸强度约3GPa)比较,单晶SiC纳米纤维(SiCnf)具有直径小、强度高(拉伸强度约16GPa)的特点,且宏观呈现棉花絮状,可加工为无纺布/纸/毡状预制体。目前SiCnf主要通过在SiC陶瓷纤维或碳纤维表面原位生长的方式,作为第二增强体引入到陶瓷基体中,虽然有一定强韧化效果,但存在SiCnf体积含量小、致密度低和界面难以调控的问题,无法有效发挥SiCnf优异的力学性能。申请人拟在前期SiCnf规模化制备和SiC陶瓷制备的基础之上,开展基于高体积分数、致密SiCnf增强SiC的反应熔渗制备及反应机理和动力学研究,SiCnf与SiC基体的界面设计,研究SiCnf强化机制。研究可为SiC/SiC制备提供新的研究途径和策略。

结项摘要

SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)是重要的高温热结构材料。与传统SiC陶瓷纤维增强体比较,单晶SiC纳米纤维(SiCnf)具有直径小、强度高的特点,且宏观呈现棉花絮状,可加工为无纺布/纸/毡状预制体。项目采用SiCnf为增强体,经模压成型、聚合物浸渍裂解和反应熔渗工艺制备了高体积分数、致密SiCnf/SiC。研究了PyC、BN和SiC多种基体-纤维界面涂层的制备,为降低高温渗硅过程对SiCnf的损伤并提高SiCnf对复合材料的增韧效果,通过PIP工艺对预制体分别进行了不同次数的裂解SiC填充和C/SiC、BN/SiC界面相包覆。分析了反应机理和动力学特征。优化熔渗工艺,实现了低孔隙率、低残余硅SiC陶瓷的制备,提高了复合材料的韧性,但存在复合材料抗弯强度较低。由于反应熔渗法制备SiCnf/SiC复合材料存在液硅相侵蚀性强,容易侵蚀界面层和纳米纤维,形成强的结合界面,制备的复合材料晶粒粗大。直径小的纳米纤维,在粗大的晶粒及硅相基体中,难以充分发挥其增韧效果。针对上述问题,提出了探索纳米浸渍瞬态共晶制备碳化硅纳米纤维增强纳米碳化硅陶瓷及其界面优化研究。同时研究还以超长碳化硅纳米纤维为原料,采用传统的手抄纸工艺制备了碳化硅纳米纤维纸。纳米纤维纸可折叠,可弯曲成管材、可以做无缝管,耐火性好,纤维交织、纯度高,可制作预浸带/片。实现了大尺寸SiC纳米纤维气凝胶的制备,气凝胶具有低密度、高孔隙率、低导热系数、耐高温和抗氧化等特性。研究结果将为新型SiC 纳米纤维增强增韧SiC陶瓷和高温热防护材料的研究与开发提供新材料设计思路和新制备技术。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
以Al-B-C为烧结助剂的SiC陶瓷热压烧结工艺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    材料科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马瑞琦;施嘉辉;刘东旭;方宁象;高明霞;陈建军
  • 通讯作者:
    陈建军
Thermochemistry and growth mechanism of TiC nanowires synthesized by carbothermal reduction
碳热还原合成TiC纳米线的热化学及生长机理
  • DOI:
    10.1080/24701556.2020.1716006
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Inorganic and Nano-Metal Chemistry
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Xiaochun Xie;Guosong Ou;Hongquan Men;Min Jiang;Wenxin Lin;Jianjun Chen
  • 通讯作者:
    Jianjun Chen
Deposition-float-assembly formation mechanism of continuous hollow cylindrical carbon nanotube sock via floating catalyst chemical vapor deposition
漂浮催化剂化学气相沉积连续空心圆柱碳纳米管管的沉积-漂浮-组装形成机制
  • DOI:
    10.1007/s10853-019-03378-y
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Journal of Materials Science
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Jiang Min;Ou Guosong;Ma Ruiqi;Kao Kechen;Lin Wenxin;Chen Jianjun
  • 通讯作者:
    Chen Jianjun
Catalytic synthesis of SiC nanowires in an open system
开放系统中碳化硅纳米线的催化合成
  • DOI:
    10.1111/jace.16299
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Journal of the American Ceramic Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Kechen Kao;Min Jiang;Lijuan Ding;Wenxiin Lin;Jianjun Chen
  • 通讯作者:
    Jianjun Chen
裂解碳包覆对SiC 纳米纤维增强SiC 陶瓷基 复合材料性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    硅酸盐通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    熊艺莲;陶吉雨;杨佳豪;陈建军;郑竣一
  • 通讯作者:
    郑竣一

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其他文献

钒酸盐络合剂对V_2O_5 /TiO_2 SCR催化剂织构和催化性能的影响
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    --
  • 发表时间:
    2022
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方永锋;陈建军;邱泽阳
  • 通讯作者:
    邱泽阳
下颌第一磨牙全瓷冠参数化三维有限元模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    临床口腔医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王卫国;张少锋;陈建军;李垒
  • 通讯作者:
    李垒

其他文献

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陈建军的其他基金

基于气溶胶微空间的超长SiC纳米线生长及其连续纤维纺丝
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    51572243
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    面上项目
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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