氧化鋁纖維增強(qiáng)氧化鋯-氧化鋁復(fù)合材料制備工藝研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、耐磨、抗高溫蠕變、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低、耐化學(xué)侵蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，目前是復(fù)合材料中最活躍的研究領(lǐng)域之一。但是對(duì)于非氧化物纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的最大缺點(diǎn)是在高溫和氧化環(huán)境中，它們會(huì)因?yàn)榘l(fā)生氧化反應(yīng)而引起力學(xué)性能的降低。氧化物纖維/氧化物陶瓷基復(fù)合材料可以在高溫氧化環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，不會(huì)因?yàn)檠趸纬蔀?zāi)難性斷裂，并且該類復(fù)合材料成本相對(duì)較低，是用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端結(jié)構(gòu)部件最有潛力的材料。凝膠注模成型工藝具有

2、近凈尺寸成型的優(yōu)點(diǎn)，坯體可以進(jìn)行機(jī)械加工而得到尺寸精確、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件。本文采用氧化鋁短纖維作為增強(qiáng)相，以氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)相陶瓷為基體材料，用凝膠注模成型工藝制備了氧化物纖維/氧化物陶瓷基復(fù)合材料。 本文研究了氧化鋯增韌氧化鋁基體材料的凝膠注模成型工藝，對(duì)影響凝膠注模成型的各種因素進(jìn)行了考察，在pH=10，分散劑加入量0.6wt﹪，制備的固相體積分?jǐn)?shù)50vol﹪的漿料具有很好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，能夠滿足凝膠注模成型工藝的要求

3、。在漿料中添加一定量的水溶性高分子PEG，同時(shí)采用疊層模具可以阻止坯體的表面起皮；固相體積分?jǐn)?shù)影響坯體的強(qiáng)度，當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)為50vol﹪時(shí)，坯體彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值43.94MPa。 添加氧化鋁纖維作為增強(qiáng)相，對(duì)不同纖維含量(0～40wt﹪)的復(fù)合材料在不同燒成溫度下(1300℃～1600℃)的體積密度、氣孔率、力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：燒成溫度和纖維含量對(duì)復(fù)合材料的體積密度和氣孔率有較大影響，隨著燒成溫度的升高，復(fù)合材料的體積密度

4、增大，氣孔率減少：隨著纖維含量的增大，復(fù)合材料的體積密度減小，氣孔率增大。當(dāng)氧化鋁纖維含量為30wt﹪時(shí)，在不同溫度下燒成試樣的彎曲強(qiáng)度都達(dá)到最大值，與不加纖維的試樣相比，在1300℃，1400℃，1500℃，1600℃燒成溫度下試樣的彎曲強(qiáng)度分別提高了55.15﹪，92.07﹪，147.63﹪和83.29﹪；在基體材料中添加燒結(jié)助劑1600℃燒成試樣的彎曲強(qiáng)度為461.17MPa，斷裂韌性為6．03 MPa.m<'1/2>，比未加纖維

5、的試樣分別提高了44.81﹪和47.79﹪。 借助掃描電鏡對(duì)不同纖維含量、在不同溫度下(1300℃～1600℃)燒成的試樣進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明：燒成溫度在1500℃時(shí)，試樣開(kāi)始致密化，當(dāng)燒成溫度達(dá)到1600℃時(shí)，試樣進(jìn)一步致密化，纖維與基體材料結(jié)合比較緊密：纖維的添加量在30wt﹪左右可使纖維得到較好的分散性能。隨著燒成溫度的提高，纖維表面發(fā)生變化。在1300℃燒成時(shí)，纖維表面較光滑；1400℃時(shí)，纖維表面開(kāi)始出現(xiàn)粗糙不平