三維編織碳纖維增強莫來石基復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、莫來石陶瓷具備耐高溫、耐腐蝕、密度低、抗氧化性能好等優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但較差的室溫力學(xué)性能嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。論文在莫來石基復(fù)合材料文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，以三維編織碳纖維預(yù)制件來補強增韌莫來石陶瓷。針對三維編織件的特殊結(jié)構(gòu)，設(shè)計采用高固相含量的莫來石雙相溶膠為原料，利用溶膠-凝膠法制備莫來石基復(fù)合材料。
　　定制了混合型雙相溶膠和合成型雙相溶膠兩種溶膠體系，分析比較了兩種溶膠體系的固含量、陶瓷產(chǎn)率、莫來石化行為、復(fù)

2、合材料的致密化效率、力學(xué)性能等。結(jié)果表明，合成型溶膠制備得到的復(fù)合材料的彎曲強度是混合型溶膠制備所得復(fù)合材料的2.4倍，優(yōu)選合成型溶膠作為莫來石先驅(qū)體。
　　系統(tǒng)研究了不同Al-Si比的合成型溶膠的莫來石化與燒結(jié)收縮行為。1300℃熱處理后溶膠基本實現(xiàn)莫來石化，1400℃處理后陶瓷產(chǎn)率為11-16wt％。莫來石化程度隨著溫度升高而增加，莫來石陶瓷粉末的致密程度隨熱處理溫度的提高而增加。
　　以合成型溶膠為原料，經(jīng)過18個周期

3、的“浸漬-干燥-燒結(jié)”得到莫來石基復(fù)合材料，其孔隙率為26-44%，密度為1.7-1.9g/cm3，彎曲強度為200-245MPa，模量為38-41GPa，呈現(xiàn)韌性斷裂模式?？傮w上，隨著Al-Si配比、燒結(jié)溫度的提高，復(fù)合材料的孔隙率增加，但基體的致密度隨著溫度提高有明顯增加?？紫堵屎突w致密度的綜合效應(yīng)使得復(fù)合材料的力學(xué)性能隨燒結(jié)溫度與Al-Si比而變化的幅度很小。
　　在1000-1600℃、靜態(tài)空氣、氧化時間0.5h的條件下

4、，考察了復(fù)合材料的抗氧化性能。1200℃、1400℃制備的復(fù)合材料的氧化失重率大約在2%左右，強度保留率在76%以上。1000℃制備的復(fù)合材料的失重率高達(dá)10%左右，強度保留率在9-73%之間。在1200℃及以上溫度下燒結(jié)時，SiO2的粘性流動燒結(jié)機制為C纖維提供了較好的保護作用，從而提高復(fù)合材料的抗氧化性能。
　　本文的研究表明，利用高固相含量的莫來石雙相溶膠可高效制備得到性能較好的三維碳纖維增強莫來石復(fù)合材料，孔隙率是影響復(fù)合