表面修飾的碳纖維強韌化Ni3Si基復合材料的研究.pdf

1、金屬間化合物Ni3Si具有較高的強度、優(yōu)異的抗氧化性能、耐腐蝕(尤其是耐硫酸與二氧化硫的腐蝕)、反溫度/強度效應、且最高使用溫度可達到1290K，因此可以作為一種新型的高溫結(jié)構(gòu)材料應用于航空航天、汽車、化工等高溫和具有腐蝕性的環(huán)境中。但Ni3Si存在室溫脆性大的問題，在很大程度上限制了它作為結(jié)構(gòu)材料的實際應用，本文通過溶膠凝膠法與電鍍法對短碳纖維表面改性，并引入到Ni3Si基體中來提高材料的強韌性。通過分析材料的組織結(jié)構(gòu)、界面、力學性能

2、等，明確碳纖維的含量、表面修飾方法對復合材料性能的影響，分析碳纖維對Ni3Si基復合材料的強韌化機理。得到以下結(jié)論：
　　1、短碳纖維經(jīng)濃HNO3酸洗30min，表面出現(xiàn)較淺的溝痕，碳纖維表面粗糙度增加，活性和親水性增加，在溶液中易分散且不破壞碳纖維自身的結(jié)構(gòu)與性能。
　　2、通過電鍍法在碳纖維表面可以得到均勻、致密的鍍銅層，電鍍法參數(shù)為電壓2V，沉積時間30min。
　　3、將酸洗后的碳纖維使用硅烷偶聯(lián)劑（KH-79

3、2）處理，在AlOOH膠體中按1：3的比例加入聚乙烯醇（PVA），對比包覆次數(shù)對包覆效果的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)一次包覆煅燒后，碳纖維表面包覆層平均約為0.2μm；經(jīng)過兩次包覆后煅燒，碳纖維表面可以得到連續(xù)完整的厚度平均約為0.44μm的氧化鋁包覆層。
　　4、經(jīng)對比表面鍍銅、一次包覆氧化鋁、兩次包覆氧化鋁等3種方法處理的Cf加入Ni3Si基體經(jīng)熱壓燒結(jié)法制備的體積分數(shù)為10％Cf/Ni3Si基復合材料的組織與性能。發(fā)現(xiàn)表面未修飾的碳纖維損

4、毀嚴重，表面經(jīng)修飾的碳纖維保存較為完整，且與基體界面平整，包覆層對碳纖維起到了較好的保護作用，有效抑制了界面反應。表面經(jīng)修飾的碳纖維對Ni3Si基復合材料起到了強韌化的作用，其中碳纖維未修飾的復合材料彎曲強度僅為342.99Mpa，包覆一次試樣的彎曲強度為408.64Mpa，包覆兩次試樣的彎曲強度為431.24Mpa，鍍銅處理試樣的彎曲強度為484.44Mpa。由此可見，經(jīng)兩次包覆的碳纖維能更好地起到強韌化基體的效果；在室溫下表面鍍銅碳

5、纖維對Ni3Si基復合材料的強韌化效果較好。
　　5、通過研究經(jīng)兩次包覆氧化鋁的碳纖維含量對Cf/Ni3Si基復合材料組織與性能的影響，發(fā)現(xiàn)在Cf體積分數(shù)小于10%的范圍內(nèi)，Cf/Ni3Si復合材料的硬度、彎曲強度隨著碳纖維含量的上升主要表現(xiàn)出上升的趨勢，當Cf體積分數(shù)由3%增加到8%時，復合材料的彎曲強度由235.98Mpa上升為524.02Mpa。碳纖維含量的增加對復合材料的性能提升有非常顯著的效果。
　　6、經(jīng)熱壓燒結(jié)