首页> 中文学位 >短碳纤维增韧碳化硅基复合材料的制备及其断裂机理研究
【6h】

短碳纤维增韧碳化硅基复合材料的制备及其断裂机理研究

代理获取

目录

短碳纤维增韧碳化硅基复合材料的制备及其断裂机理研究

FABRICATION AND FRACTURE MECHANICSOF SHORT CARBON FIBER TOUGHENEDSILICON CARBIDE MATRIX COMPOSITES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 陶瓷基复合材料烧结方法

1.3 短纤维(晶须)增韧陶瓷基复合材料进展

1.4 一维纳米线制备技术及其研究进展

1.5 研究目的与主要研究内容

?第2章Cf/SiC 复合材料的制备及表征

2.1 实验用原材料

2.2 实验设备

2.3 Cf/SiC 复合材料制备

2.4 实验表征方法

2.5 制备工艺参数的确定

2.6 本章小结

第3章 不同助剂系统下Cf/SiC 复合材料的性能

3.1 Al2O3/Y2O3 助剂体系Cf/SiC 复合材料性能

3.2 Al2O3/La2O3 系统Cf/SiC 复合材料

3.3 AlN-Y2O3 助剂系统Cf/SiC 复合材料

3.4 La2O3/Y2O3 助剂系统对Cf/SiC 复合材料的影响

3.5 Cf/SiC 复合材料断裂机理的影响

3.6 本章小结

第4章 热处理工艺对Cf/SiC 复合材料性能的影响

4.1 热处理温度对Al2O3/Y2O3 系统材料的影响

4.2 热处理对La2O3/Y2O3 系统材料的影响

4.3 热处理对Al2O3/La2O3 系统材料的影响

4.4 热处理对SiC 纳米线的影响

4.5 热处理对Cf/SiC 复合材料断裂机理的影响

4.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间所发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历

展开▼

摘要

继铍、玻璃、铝合金和微晶玻璃等光学材料之后,成本低廉、性能稳定的碳化硅基复合材料成为空间反射镜的候选材料。然而,碳化硅陶瓷,因其固有脆性问题是制约其在极端环境下应用的重要因素,纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺是解决这一问题的有效手段。本研究将力学性能优异的短碳纤维引入到 SiC基复合材料中,制备出低比重、高韧性的短碳纤维增韧碳化硅基复合材料,为极端环境下空间望远镜用碳化硅基复合材料的应用提供技术支持。
  利用湿法球磨技术制备了 Cf/SiC复合材料的预混料。球磨的运用有利于SiC粉体细化和碳纤维在基体内均匀分散,确定最佳球磨工艺参数,其参数为球磨速度为180rpm、球磨时间8h、球料比为4:1。还研究了碳纤维含量对其在Cf/SiC复合材料内分散性的影响。碳纤维含量大于30%时,短碳纤维存在空间架桥效应。当碳纤维含量低于30%时,碳纤维分散较均匀。
  研究了 Al2O3/Y2O3、Al2O3/La2O3、AlN/Y2O3和La2O3/Y2O3等四种烧结助剂系统下热压 Cf/SiC复合材料中助剂比例和力学性能之间关系。结果表明,这四种材料体系下在1900℃和保温1h条件下都能获得相对密度较高的复合材料。在烧结助剂含量相同条件下,在 Al2O3/Y2O3和Al2O3/La2O3助剂系统中,碳纤维的损伤较小。在 AlN/Y2O3和La2O3/Y2O3助剂系统中,碳纤维损伤严重。还研究了这四种体系下 Cf/SiC复合材料的增韧机理,主要包括颗粒桥联、裂纹偏转、纤维拔出和微裂纹增韧等机制,在不同助剂体系中纤维拔出增韧效果不同。
  研究了热处理工艺对 Al2O3/Y2O3、Al2O3/La2O3和La2O3/Y2O3三个烧结助剂系统下热压Cf/SiC复合材料力学性能的影响。当热处理温度高于1850℃和保温时间超过2h时,在 Al2O3/Y2O3系统 Cf/SiC复合材料中SiC颗粒生长明显和碳纤维损伤严重。在 Al2O3/Y2O3和La2O3/Y2O3体系中,纤维拔出、裂纹偏转和颗粒桥联是主要增韧方式。Al2O3/La2O3系统 Cf/SiC复合材料在1750℃热处理1h后,在材料内发现原位生成 SiC纳米线和大量位错结构,这将导致热处理后该材料力学性能明显提高,其强度和韧性分别为395MPa和7.42MPa·m1/2。纤维拔出、微裂纹增韧和纳米线增韧等机制是该体系材料力学性能提高的原因。
  对 Al2O3/La2O3体系 Cf/SiC复合材料进行热处理后,在其内部发现了原位生成的SiC纳米线。研究了热处理温度和保温时间对 Al2O3/La2O3系统 Cf/SiC复合材料内原位生成 SiC纳米线的影响,确定了 SiC纳米线原位增韧 Cf/SiC复合材料制备的最佳工艺参数,其参数是热处理温度为1750℃和保温时间1h。SiC纳米线的生长机制包括“气-液-固”机制和“氧化物辅助生长”机制。通过控制工艺参数,可以制备不同形状的SiC纳米线,SiC纳米线主要包括直线状和分叉结构。该分叉纳米线在 Cf/SiC复合材料内形成空间的网状结构,有利于提高该体系 Cf/SiC复合材料的力学性能。SiC纳米线主要分布在 SiC颗粒晶界处,起到强化晶界的作用,提高该复合材料的韧性。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号