英国研究机构开发一种基于SiC的陶瓷基复合材料技术

CICSiC项目成功开发了基于SiC的CMC的均匀、连续涂层相关的设备和加工技术，以降低成本并提高新设计和应用的性能和可靠性。

AMRC技术研究员Steffan Lea在3D织机上加工碳化硅纤维。

图片来源：AMRC

谢菲尔德大学先进制造研究中心 (AMRC) 与Archer Technicoat Limited (ATL)、TISICS Metal Composites以及Cygnet Texkimp合作开展了“碳化硅 (SiC) 复合材料的连续界面涂层”（简称CICSiC）的项目。

该项目的重点是碳化硅基陶瓷基复合材料 (CMC)的制造路线，这种材料特别适用于高达2000摄氏度的高温应用，例如航空航天、太空和核能等领域。该项目的交付建立在 AMRC 作为这些材料制造研究的全国领先中心地位之一的声誉之上。

纤维增强材料和基体之间的界面是 CMC 的关键组成部分。该项目旨在开发在 SiC 纤维上均匀、连续地涂覆界面的设备和加工技术，以便更精确地指定基于 SiC 的 CMC 的机械性能，以增强其在航空航天领域的应用。

这有助于开发更高效的发动机，以显著减轻重量、降低冷却要求并减少飞机排放，从而减少对环境的影响。

“基于 SiC 的陶瓷基复合材料是一种很有前途的材料，适用于包括航空发动机在内的许多极端环境应用，” ATL 的技术经理Ryan Skillett说。“CICSiC 项目启动了制造这些高价值材料的新方法的开发，旨在同时降低成本、提高性能和可靠性。”

该项目旨在开发一种新的卷对卷涂层技术，以取代目前的批量涂层方法，将相间涂层应用于 CMC。在批量涂覆方法中，预制体由一步处理的未涂覆纤维制成，因此难以确保以相同的精度均匀覆盖预制体的所有区域。新方法使用卷对卷工艺来涂覆层间膜，材料从其原始线轴缠绕到新线轴上，确保了涂层的均匀性。由于该材料仍在线轴上，因此可以很容易地用于纤维加工技术。这就允许使用均匀的相间涂层形成更加复杂的形状。

Ryan说该项目的结果引起了国际专家的兴趣。他补充道：“该项目致力于创建一个连续的纤维涂层系统，以与现有的基于批处理的技术协调工作，并在此过程中寻求解决该产品进入市场的一些主要障碍。该项目的成果引起了国际材料专家的兴趣，使我们相信它拥有非常光明的未来。”

AMRC 在该项目中的作用主要集中于 SiC 纤维的工业规模加工上，以生产更复杂的预制件。加工这种纤维的能力是实现这种材料潜力的关键。在编织和定制纤维放置 (TFP) 等加工技术中使用 SiC 纤维对于建立对这些材料处理的信心非常重要，以便将其应用于工业，并了解当前的加工限制。

处理纤维的工作是在购买的 SiC 以及 ATL 提供的经过涂层程序的 SiC 上进行的，以便了解加工要求、限制和输出质量的差异。

Nicalon 纤维（带圆圈）在由 12K PAN 纤维组成的 8 层正交 3D 机织纺织品中用作接结纱。

图片来源：AMRC

“许多关注高温应用的行业都对碳化硅复合材料 (SiC-SiC) 感兴趣，”AMRC 复合材料团队的技术研究员Steffan Lea说。“利用连续碳化硅纤维生产更复杂的预制件的能力将使这种高性能陶瓷基复合材料 (CMC) 的新设计和应用成为可能。”

Steffan 说 AMRC 对如何加工 SiC 纤维的理解已经有所发展。他补充道：“在 CICSiC 项目期间，AMRC 对如何在工业规模的机器上加工 SiC 纤维有了熟悉的认知。我们对如何在织机上加工SiC纤维以生产3D编织预成型的知识，使生产具有更高复杂性的统一预成型产品成为可能。使用 Nicalon 定制纤维放置(TFP) 使我们能够有效地利用材料，仅将其放置在需要的地方，并控制纤维的路径以充分利用其性能。”

范堡罗航空航天联盟(Farnborough Aerospace Consortium) 的国家航空航天技术开发计划 (NATEP) 技术经理Kevin Morris表示，该项目已被证明是一次“非常成功”的合作，并且在 NATEP 的资助下交付了“一个成功的项目”。

他补充道：“CICSiC 项目本身能够开发与碳化硅纤维连续涂层相关的创新方法，并展示如何克服问题，为未来飞机更高效的推进系统铺平道路，实现NATEP计划的目标。”

Ryan赞扬了AMRC对该项目的贡献，并补充道：“AMRC在处理涂层和非涂层形式的纤维方面提供了关键的见解和经验。如果没有它的投入，CICSiC 项目就不会如此成功，下一代设备也不会获得如此多的关注。”

Cygnet Texkimp公司的工艺开发总监 Andy Whitham 说：“在这个项目中，我们了解到处理非常脆弱的陶瓷纤维所面临的挑战。它们的某些特性非比寻常，因此亲身体验使用它们所触及的困难非常宝贵。除此之外，与新伙伴的合作，也为我们对可能为特定应用提供的机械提出不同的想法。”

CICSiC 项目展示了 AMRC 复合材料团队所做的出色工作及其在 SiC-SiC 复合材料领域的活动。它促进并加速了英国供应链中先进材料技术和高强度、高温材料（如陶瓷基复合材料）的开发和制造。

CICSiC 由国家航空航天技术开发计划 (NATEP) 资助，该计划耗资1500万英镑，旨在在英国航空航天供应链中开发60项航空航天技术。该项目由航空航天技术研究所资助并由 ADS 管理，旨在帮助中小型企业开发创新技术，以增强其能力并增加其赢得新业务的能力。

审核编辑 ：李倩