C纤维增强的SiC陶瓷基复合材料（C/SiC）是21世纪初逐步发展起来的一类新型空间光机结构材料，适合制备大口径光学反射镜和支撑结构，是新型高分辨率空间相机光机结构材料的发展方向之一。
本书简要介绍了空间光机结构材料的发展现状，C/SiC复合材料光学反射镜及支撑结构材料的性能特点和研究现状，并在此基础上，总结作者十余年来在SiC复合材料反射镜及支撑结构材料技术领域的研究成果，主要介绍轻质C/SiC复合材料反射镜设计与制备技术、C/SiC复合材料残余应力测量与控制技术、近零膨胀C/SiC复合材料支撑结构设计与制备技术等内容。
样章试读
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丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 高分辨空间相机对光学反射镜材料性能要求 3
1.1.1 空间相机对反射镜材料力学性能的要求 3
1.1.2 空间相机对反射镜材料热物理性能的要求 4
1.1.3 空间相机对反射镜材料光学性能的要求 4
1.2 轻质光学反射镜材料与轻量化结构研究现状 5
1.2.1 轻质光学反射镜材料发展现状 5
1.2.2 SiC及其复合材料反射镜轻量化结构研究现状 7
1.3 SiC陶瓷反射镜的制备及其应用进展 9
1.3.1 SiC陶瓷反射镜的制备工艺 9
1.3.2 SiC陶瓷反射镜的应用进展 13
1.4 C/SiC复合材料反射镜制备及其应用进展 15
1.4.1 C/SiC复合材料反射镜的特点及优势 15
1.4.2 C/SiC复合材料反射镜坯的制备工艺 16
1.4.3 C/SiC复合材料反射镜的应用 18
1.5 光学支撑结构材料研究现状 20
1.5.1 光学支撑结构材料应用背景 20
1.5.2 低膨胀光学支撑结构材料发展现状 21
1.5.3 C/SiC复合材料支撑结构的应用 27
第2章 轻质C/SiC复合材料及其反射镜的设计 31
2.1 反射镜表面光学特征与CVD SiC表面涂层的设计 31
2.1.1 反射镜表面光学特性与材料表面性质的关系 31
2.1.2 各种工艺方法制备的SiC材料的光学特性 37
2.1.3 CVD SiC涂层的工艺设计 38
2.2 C/SiC复合材料反射镜轻量化和加工要求与反射镜坯体的设计 39
2.2.1 反射镜轻量化和加工对坯体的要求 39
2.2.2 C/SiC复合材料反射镜坯的轻量化和可加工特性 40
2.2.3 C/SiC复合材料反射镜坯体蜂窝夹芯结构的设计 41
2.2.4 C/SiC复合材料反射镜坯体的工艺设计 44
2.3 C/SiC复合材料反射镜的结构设计 46
2.3.1 CVD SiC涂层和C/SiC坯体界面应力分析 46
2.3.2 梯度过渡层的设计 49
第3章 C/SiC复合材料反射镜坯体的制备 51
3.1 气相渗硅C/SiC复合材料制备技术 51
3.1.1 气相渗硅技术原理 51
3.1.2 工艺参数对C/SiC复合材料性能的影响 52
3.2 C/C复合材料组成与结构对气相渗硅C/SiC复合材料性能的影响 68
3.2.1 C/C孔隙率对C/SiC复合材料组成和密度的影响 68
3.2.2 C/C孔隙率对C/SiC复合材料力学性能的影响 69
3.2.3 C/C孔隙率对C/SiC复合材料热学性能的影响 70
第4章 C/SiC复合材料反射镜表面致密光学涂层制备 72
4.1 CVD SiC涂层原理与制备工艺 72
4.1.1 CVD SiC涂层原理 72
4.1.2 工艺参数对SiC涂层沉积过程的影响 75
4.2 CVD SiC涂层组成及结构 88
4.2.1 沉积温度对CVD SiC涂层组成及结构的影响 88
4.2.2 稀释气体对CVD SiC涂层组成及结构的影响 92
4.2.3 系统压力对CVD SiC涂层组成及结构的影响 96
4.3 CVD SiC涂层的性能 97
4.3.1 CVD SiC涂层的密度 98
4.3.2 CVD SiC涂层的弹性模量及显微硬度 98
4.3.3 CVD SiC涂层的光学加工性能 99
第5章 C/SiC复合材料反射镜梯度过渡层制备 101
5.1 梯度过渡层预涂层成型方法 101
5.1.1 浆料涂刷法 101
5.1.2 注浆成型法 102
5.1.3 凝胶注模法 102
5.2 凝胶注模Si-SiC预涂层成型工艺研究 102
5.2.1 高固含量高流动性浆料的配制 103
5.2.2 凝胶反应工艺优化 108
5.2.3 凝胶素坯的干燥行为 112
5.2.4 凝胶素坯的密度及力学性能 116
5.3 气相渗硅烧结的Si-SiC涂层组成、结构及性能研究 121
5.3.1 Si-SiC涂层的组成与结构研究 122
5.3.2 Si-SiC涂层的力学性能研究 129
5.3.3 Si-SiC涂层的热物理性能研究 132
5.4 C/SiC坯体表面Si-SiC梯度过渡层的制备 134
5.4.1 一步法渗硅烧结成型工艺 134
5.4.2 二步法渗硅烧结成型工艺 136
5.4.3 Si-SiC梯度过渡层与C/SiC坯体的结合性能 137
5.4.4 Si-SiC梯度过渡层与CVD SiC涂层的结合性能 138
第6章 C/SiC复合材料残余应力测量与控制技术 139
6.1 残余应力对反射镜面形精度的影响 139
6.2 C/SiC复合材料的残余应力类型和残余应力消除工艺 140
6.2.1 C/SiC复合材料的残余应力类型 140
6.2.2 C/SiC复合材料的残余应力消除工艺 141
6.3 C/SiC复合材料的结构应力研究 141
6.3.1 工艺、相组成与C/SiC复合材料结构应力的关系研究 141
6.3.2 C/SiC复合材料结构应力的拉曼法研究 145
6.4 C/SiC复合材料加工应力的X射线衍射研究 149
6.4.1 X射线衍射sin2ψ法的残余应力计算 149
6.4.2 X射线衍射sin2ψ法的测量参数选取 151
6.4.3 C/SiC复合材料的表面加工工艺和去应力退火工艺 153
6.4.4 去应力退火前后C/SiC复合材料磨削应力的变化研究 157
6.4.5 去应力退火前后C/SiC复合材料研磨应力的变化研究 161
6.4.6 C/SiC复合材料的表面加工方式 165
第7章 轻质C/SiC复合材料反射镜的制备技术研究 166
7.1 小尺寸C/SiC反射镜试样制备研究 166
7.1.1 小尺寸C/SiC反射镜坯制备 166
7.1.2 C/SiC复合材料反射镜光学抛光研究 167
7.2 中等尺寸C/SiC反射镜的制备 168
7.2.1 实心结构椭圆反射镜 168
7.2.2 底部开孔结构椭圆反射镜 168
7.2.3 蜂窝夹芯结构高能激光反射镜 171
7.2.4 圆形能动镜 172
7.3 大尺寸C/SiC反射镜的制备 174
7.3.1 尺寸稳定性 174
7.3.2 φ600mm口径C/SiC反射镜坯体的制备 175
7.3.3 米级尺寸C/SiC反射镜坯体的制备 178
7.4 C/SiC复合材料反射镜研究展望 180
第8章 近零膨胀先驱体浸渍裂解C/SiC复合材料热膨胀行为研究 181
8.1 空间光机支撑结构对近零膨胀材料的要求 181
8.2 单向纤维增强C/SiC复合材料的热膨胀性能 182
8.2.1 单向纤维增强C/SiC复合材料纵向热膨胀行为 183
8.2.2 单向纤维增强C/SiC复合材料横向热膨胀行为 185
8.2.3 C纤维体积分数对C/SiC复合材料热膨胀系数的影响 185
8.3 编织结构C/SiC复合材料的热膨胀性能 187
8.3.1 编织结构对C/SiC复合材料密度、孔隙率的影响 187
8.3.2 编织结构对C/SiC复合材料力学性能的影响 189
8.3.3 不同编织结构C/SiC复合材料的纵向热膨胀性能 192
8.3.4 不同编织结构C/SiC复合材料的横向热膨胀性能 194
8.4 编织纱线细度对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 196
8.4.1 不同纱线细度五向纱的3D5d C/SiC复合材料热膨胀性能 197
8.4.2 不同纱线细度编织纱的3D5d C/SiC复合材料热膨胀性能 198
8.5 PIP周期对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 199
8.5.1 SiC体积分数变化情况 199
8.5.2 C/SiC复合材料残余应力的拉曼光谱研究 200
8.5.3 PIP周期对C/SiC复合材料纵向热膨胀性能的影响 201
8.5.4 PIP周期对C/SiC复合材料横向热膨胀性能的影响 202
8.6 PIP C对C/SiC复合材料热膨胀性能的调控 203
8.6.1 陶瓷基复合材料的改性相 203
8.6.2 复合材料改性相对热膨胀性能的影响 204
8.6.3 PIP C周期数对C/CSiC结构及力学性能的影响 204
8.6.4 PIP C周期数对C/CSiC复合材料热膨胀性能的影响 208
第9章 环境试验对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 213
9.1 振动对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 213
9.1.1 试验方案 213
9.1.2 振动条件对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 215
9.2 湿热环境对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 216
9.2.1 试验方案 216
9.2.2 湿热条件对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 216
9.3 冷热循环条件对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 217
9.3.1 试验方案 217
9.3.2 冷热循环对C/SiC复合材料热膨胀性能的影响 217
第10章 近零膨胀GSI C/CSiC复合材料的制备及性能研究 220
10.1 不同碳基体对GSI C/CSiC复合材料的制备和性能的影响 220
10.1.1 不同碳基体素坯的基本情况 220
10.1.2 不同碳基体对C/CSiC复合材料的组成和力学性能的影响 223
10.1.3 不同碳基体对C/CSiC复合材料的热膨胀性能的影响 224
10.2 C/CPIP周期数对GSI C/CSiC复合材料的制备和性能影响 225
10.2.1 C/CPIP周期数对C/CSiC复合材料密度和组成的影响 225
10.2.2 C/CPIP周期数对C/CSiC复合材料力学性能的影响 227
10.2.3 C/CPIP周期数对C/CSiC复合材料热膨胀性能的影响 229
10.3 CVI C界面改性层对GSI C/CSiC复合材料的性能影响 230
10.3.1 CVI C界面改性涂层的制备与表征 230
10.3.2 CVI C层厚度对C/CSiC复合材料的密度和组成的影响 231
10.3.3 CVI C层厚度对C/CSiC复合材料力学性能的影响 233
10.3.4 CVI C层厚度对C/CSiC复合材料热膨胀性能的影响 234
10.4 CVI C界面改性层的调控机制研究 235
10.4.1 CVI C界面改性层对力学性能的调控 235
10.4.2 CVI C界面改性层对热膨胀性能的调控 236
10.5 纤维体积分数对GSI C/CSiC复合材料性能的影响 238
10.5.1 纤维体积分数对C/CSiC复合材料密度及力学性能的影响 238
10.5.2 纤维体积分数对C/CSiC复合材料热膨胀性能的影响 239
第11章 轻质高稳定C/SiC复合材料支撑结构的制备技术 241
11.1 C/SiC复合材料前镜筒制备 241
11.1.1 前镜筒结构设计 242
11.1.2 C纤维预制件整体编织技术 244
11.1.3 PIP SiC致密化技术 245
11.2 C/SiC复合材料前镜筒测试与考核 245
11.2.1 尺寸稳定性测试 245
11.2.2 线膨胀系数测试 246
11.3 C/SiC复合材料支撑结构研究展望 248
参考文献 249
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