室由石英制成其中部有一个具有特定几何形状并能在长度方向产生温度梯度参见图1的石墨感应发热体。最初将装有碳纤维的模子置于石墨感应发热体的下端当将模子以适当的速度移进感应发热体里时其移进石墨感应体里的部分通过辐射加热形成一个达到沉积温度的热区。MTS和载气通过一根管子被直接插进模子内部。反应室里为负压。由于模子与管子间的密封把气体送入相对于反应室为正压的预制件内部这样模子内部与外部间会产生一个压力差迫使气体流过碳纤维预制件。移进沉积温度区的碳纤维预制件部分开始沉积而未移进该区的部分仍有气体流过沉积界面上的沉积随模子逐渐移进感应发热体逐步地进行一旦基体达到完全沉积时流过
f模子的气体将被阻止。图2PCCVD反应室的简图Fig2SchematicofthereactorchamberusedforPCCVD·02·材料工程1999年2期
3实验结果与讨论PCCVD是制造纤维增强陶瓷特别是连续纤维增强
f陶瓷复合材料的新方法。通过改变PCCVD的工艺参数
来研究其对沉积的影响程度以便控制沉积条件。
本实验用于沉积的标准条件为沉积温度11501250℃气流速度为60cm3mi
氢气与MTS之比为101模子移动速度也可以说是沉积界面移动速度为015mmmi
。碳纤维预制件的尺寸为3mm×4mm×50mm。纤维的体积含量约为50vol。由PCCVD制造
a1200×
b1000×
图3用PCCVD制造的CSiC的SEM像
Fig13TheSEMofCSiCma
ufacturedbyPCCVD的CSiC复合材料SEM分析结果示于图3a和图3b。
由图3a可见所有的碳纤维几乎都被SiC基体所包围其中几乎不含气孔。由图3b可以看出由于模子的移动速度较高仍存在着一些气孔。按上述条件制备的CSiC复合材料当模子移动速度为215mm30mi
、纤维体积含量为50vol时其密度已达到2144gcm3试样密度为理论密度的96。PCCVD能沉积出比较致密的试样的关键所在是必须使沉积界面上有新鲜的反应气体流过。如果模子移动速度过慢该工艺反应时间将很长而其速度过快碳化硅基体中将有很多气孔。气孔的形成与模子移速度之
f间的关系如图4所示。其中图4a由于模具的推进速度和SiC的沉积速度相匹配因此沉积界面比较平坦。而图4b则因推进速度较快在沉积界面上还未沉积好高温区已推向前进致使已有的沉积界面未沉积好又形成新的沉积界面从而形成一个开口的瓶状的未沉积区。这时反应气体难以进入“瓶”内而“瓶”口由于r