Cf-Ni3Si和Cf-Al2O3-Ni3Si復(fù)合材料的高溫抗氧化性能研究.pdf

1、Ni3Si金屬間化合物具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，良好的抗氧化和抗腐蝕性能以及反常的溫度/強度效應(yīng)(R特性)，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透邷亟Y(jié)構(gòu)材料。但由于Ni3Si嚴(yán)重的室溫脆性從而在很大程度上制約其實用性。因此，本文通過引入不同表面修飾的短碳纖維來改善其室溫脆性。針對短碳纖維增韌的Cf/Ni3Si和Cf/Al2O3-Ni3Si基復(fù)合材料，研究其在空氣介質(zhì)中的高溫氧化行為，分析其氧化機理，這對于碳纖維增韌的Ni3Si基復(fù)合材料在高溫結(jié)構(gòu)方面

2、的實際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用熱壓燒結(jié)法制備了不同方法修飾的短碳纖維增韌的Cf/Ni3Si復(fù)合材料；采用溶膠凝膠法+SPS燒結(jié)法制備了Cf/Al2O3-Ni3Si復(fù)合材料，研究這兩類材料在空氣介質(zhì)中的高溫氧化行為，借助SEM、EDS及XRD等檢測儀器對氧化產(chǎn)物的微觀形貌、成分及物相進行了表征，并探討了其高溫氧化機理。⑵碳纖維表面未修飾和Al2O3膠體包覆的Cf/Ni3Si復(fù)合材料在800℃下的氧化產(chǎn)

3、物均為NiO，并且NiO顆粒尺寸很小，沒有規(guī)則的形狀；而1000℃下的氧化產(chǎn)物除NiO外，還有少量的石英態(tài)SiO2和Ni2SiO4尖晶石，并且氧化產(chǎn)物的顆粒尺寸比較粗大，呈現(xiàn)出一定棱角的尖晶石形貌。800℃和1000℃下生成的氧化膜都比較疏松、不夠致密，并且在氧化膜內(nèi)部還夾雜了許多缺陷和微裂紋。氧化膜結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)：外層為較厚的NiO膜，內(nèi)層為很薄的且不連續(xù)的SiO2膜。⑶碳纖維表面鍍銅的Cf/Ni3Si復(fù)合材料在800℃下的增重曲線由

4、拋物線和直線兩部分組成，且在10 h前滿足拋物線規(guī)律，10 h以后則轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€型。而1000℃下的增重曲線為單一的拋物線型。800℃和1000℃的氧化膜均由外層的CuO、中間層的NiO、內(nèi)層的SiO2和Ni2SiO4組成，并且1000℃下生成的CuO氧化膜比800℃的更厚、更致密，其平均厚度達到2 mm左右。⑷相比碳纖維未修飾的試樣，碳纖維表面鍍銅的Cf/Ni3Si復(fù)合材料在1000℃氧化時，氧化動力學(xué)曲線由直線型（未包覆試樣）變?yōu)閽佄?/p>

5、線型，并且生成的氧化膜穩(wěn)定且致密，抗氧化性能有明顯提高。⑸隨著碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，Cf/Al2O3-Ni3Si復(fù)合材料的顯微硬度呈先增大后減小的變化，而其相對密度逐漸減小。Cf/Al2O3-Ni3Si復(fù)合材料在800℃下的氧化產(chǎn)物為NiO，其中NiO顆粒的尺寸很小，也沒有規(guī)則的形狀，氧化后試樣的表面凹凸不平且比較粗糙。而1000℃下的氧化產(chǎn)物主要為NiO和尖晶石NiAl2O4，還有少量的石英態(tài)SiO2，但沒有生成Ni-Si尖晶石結(jié)構(gòu)。