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连续碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的竖向纤维铺放与材料挤出3D打印制造

Continuous Carbon Fiber Reinforced SiC Ceramic Matrix Composites by Vertical Fiber Laying Combined with Material Extrusion 3D Printing

Zengchan Li, Wenqing Wang, Xiong Gao, Chujing Shen, Gang Wang, Rujie He · Anhui Polytechnic University
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期刊 / 来源Advanced Engineering Materials
卷/期/页26 / 12
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关键词:碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料3D打印竖向纤维铺放材料挤出工艺前驱体浸渗热解层间性能弯曲强度断裂韧性

摘要整理

本文报道了采用竖向纤维铺放与材料挤出(ME)3D打印相结合的新型工艺技术制造连续碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC CMCs)。针对传统3D打印Cf/SiC CMCs存在的层间缺陷和层间力学性能较弱的问题,采用自主研发的3D打印固定轴旋转升降同步装置,将连续碳纤维(Cf)沿Z方向的竖向铺放引入X-Y打印平面,通过5个循环的前驱体浸渗与热解(PIP)工艺实现Cf/SiC CMCs的致密化。系统研究了碳纤维束数对Cf/SiC CMCs弯曲强度和断裂功的影响规律。最优性能的复合材料为6束碳纤维增强的Cf/SiC CMC,其最大弯曲强度和断裂功分别为63.84±6.62 MPa和1291.99±161.39 J·m⁻³。与纯SiC相比,6束碳纤维增强的Cf/SiC CMC的断裂功提高了2.54倍,显著改善了陶瓷基复合材料的韧性。该工艺方法有效解决了层间缺陷问题,为高性能陶瓷基复合材料的制造提供了新的技术途径。

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