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CVDSiC纤维的微观结构、应力分布及高温性能研究
CVDSiC纤维的微观结构、应力分布及高温性能研究
摘要：CVDSiC纤维是一种高强度、高温稳定性及化学惰性的材料，被广泛应用于航空航天、核能和高性能复合材料等领域。本文综述了CVDSiC纤维的微观结构、应力分布及高温性能的研究现状及进展，主要介绍了CVDSiC纤维的制备方法、性能测试技术、微观组织分析方法等方面的研究进展，旨在为CVDSiC纤维的进一步研究提供参考。
关键词：CVDSiC纤维；微观结构；应力分布；高温性能研究
1.研究背景
CVDSiC纤维是一种高性能材料，广泛应用于航空航天、核能和高性能复合材料等领域。其优异的力学性能、高温稳定性和化学惰性使其成为了这些领域中的重要组成部分。尽管其应用前景广阔，但是其制备过程复杂，成本高，工艺技术不断发展是提高其性能和大规模应用的关键。
2.CVDSiC纤维的制备方法
CVDSiC纤维制备方法包括两种方式：基板模板剥离法和光纤拉拔法。基板模板剥离法是从一些形状复杂的有机聚合物或无机陶瓷等基板上，制备出具有宏观间隙结构的SiC复合材料，再通过热处理、化学物质腐蚀等方法来去除基板，得到微米级别的CVDSiC纤维，该方法的制备过程复杂，成本高。光纤拉拔法是一种直接拉制富含SiC的低熔点玻璃光纤，在高温气氛下，SiC在光纤内部自行合成，形成CVDSiC纤维，并不需要额外的化学气相沉积过程。其优点是制备工艺简单，能够制备出微米级别的CVDSiC纤维。但是，该法中纤维长细度比较差，强度和模量也比较低，导致该制备方法目前发展较为缓慢。
3.CVDSiC纤维的性能测试技术
CVDSiC纤维在高温、气体环境下的性能难以确定，因此需要采用高温气氛下的力学和热物理性能测试方法，以便获得它的高温力学性能和热导性能等信息。常用的测试方法有拉伸试验、弯曲试验、热导率测试和热膨胀系数测试等。
拉伸试验是CVDSiC纤维力学性能测试中最基本的试验方式。它是根据ISO6872标准和ASTMC1557标准进行测试的。采用电子万能机，应根据ISO11490标准在气氛下进行。在高温下测试，机器的纵向负载可以推断出力学应力和应变。
弯曲试验是用来测定CVDSiC纤维的热膨胀系数的重要试验方法。它是根据ISO21746标准进行测试的。细直径的CVDSiC纤维杆通常被弯曲，沿纤维方向伸直，以用力是在纤维的中点导致的弯曲。测试的结果可以用于推断出CVDSiC纤维长度方向上的应力-应变关系。
热导率测试是测定CVDSiC纤维热传导性能的方法。它是基于热传导原理进行测试的，常见的测试方法有热源法和热流法。在热源法中，测试采用电子加热器作为热源，通过构造传热方程和测量电压，测得纵向热导率。
热膨胀系数测试是测定CVDSiC纤维长度方向的热膨胀系数的方法。它是测量杆轴方向和横截面的变形测量而捕捉的。通过测量长度方向的内部应变确定热膨胀系数，并且应力-应变关系可以计算出。
4.CVDSiC纤维的微观组织分析方法
CVDSiC纤维的性能与其微观组织结构密切相关。因此，对CVDSiC纤维的微观组织分析至关重要。常用的微观组织分析方法有扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱分析(Ramanspectroscopy)等。
SEM是向表面投射高速电子束，用检测器来衡量与样品表面相交的电子信号，从而形成像。这种技术可以用于观察CVDSiC纤维表面形貌，如晶粒尺寸、孔洞分布和表面形貌等。通过SEM图像可以获得材料的微观横截面形貌，而外观，纤维的表面和内部的分布也和里面结构有关。
HRTEM是高分辨率的透射电子显微镜，利用电子衍射和TEM成像技术，具有高分辨率、高对比度和高解析度的优点，可以精确地观察纤维中的晶体结构和缺陷等信息。
拉曼光谱分析是利用激光来激发材料中分子振动的技术。CVDSiC纤维样品通过表面检测器进行遥远距离的激发，并通过检测和检测器之间的延迟时间的变化来确定激发和检测器之间的距离。通过拉曼光谱可以获得CVDSiC纤维中晶体的结构信息和其化学成分分布信息等。
5.CVDSiC纤维的应力分布研究
CVDSiC纤维在高温下的应力分布是其性能和可靠性评估的关键问题。CVDSiC纤维的应力分布受制造工艺、纤维组织结构、材料组成等因素的影响，需要进行性能模拟和实验测定。
有限元分析是模拟材料应力分布的重要方法。在有限元分析中，CVDSiC纤维可以被视为不受约束的单向复杂材料。该方法可以分别考虑热膨胀系数、模量、纤维-基体界面处成分变化和固相晶化等因素对CVDSiC纤维高温应力分布的影响。
实验测定CVDSiC纤维应力分布的方法主要有X射线衍射、拉曼光谱分析和红外光谱分析等。X射线衍射可以用来确定晶体中的应力。拉曼和红外光谱分析可以用于检测和描述一些微观结构