固含量对浆料浸渍法制备氧化铝陶瓷基复合材料结构与性能的影响EI

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点,在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^(TM)610纤维布作为增强体,以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯,经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明:Nextel^(TM)610/Al 2O 3陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势,当浆料固含量为60%(质量分数,下同)时,其弯曲强度最大,达到370.68 MPa。当固含量小于60%时,复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足;当固含量增大至65%时,复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强,阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。     

玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料工艺性能研究

利用正交试验方法,讨论冷却方式、成型压力、增强纤维百分含量、成型温度对玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响.结果表明:复合材料中增强纤维百分含量对其力学性能影响最大,成型压力增大有利于复合材料力学性能的改善,成型温度对基体材料的结构有较大影响,当成型温度较高时,复合材料具有较大的弯曲强度,延长冷却时间有利于复合材料力学性能的提高.     

先驱体浸渍裂解C/SiCN复合材料的拉伸行为与基体开裂机制

采用先驱体浸渍裂解法制备陶瓷基复合材料过程中会形成基体裂纹和孔隙,基体开裂和裂纹演化机制是工艺设计和性能优化的依据。本研究采用真空旋转浸渍–裂解法制备了无界面相的纤维束C/SiCN复合材料,分析了该材料的拉伸性能和基体裂纹增殖现象,讨论了浸渍裂解次数和热处理温度对基体裂纹的影响规律。研究结果表明:当热处理温度为1000～1400℃时,该复合材料的化学组成变化较小;热处理温度达到1600℃时,先驱体转化的SiCN基体分解,C含量降低,SiC含量升高。随浸渍裂解次数由1次增加到4次,该复合材料的平均拉伸强度分别提升14.19%、38.83%和63.47%,同时基体裂纹间距和裂纹开口距离均逐渐减小,基体纤维结合增强,断口纤维拔出减少。热处理温度从1000℃升高到1400℃,C/SiCN拉伸强度缓慢增大;热处理温度为1600℃时,SiCN基体由无定形的SiC_xN_4–x四面体向SiC晶体转变,基体与纤维脱粘,二者结合强度降低,同时基体体积收缩使C纤维损伤,导致该复合材料拉伸强度陡然下降30.0%。     

C/SiC复合材料的常压制备与性能研究

采用聚碳硅烷作为碳化硅先驱体, 以二维0°/90°正交编织碳布叠层后作为增强体, 采用真空压力浸渍的方法制备了C/SiC复合材料, 研究了裂解温度和浆料浓度对复合材料性能的影响. 结果表明: 复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高以及浆料浓度的增加都呈增加趋势; 基体在纤维束内部分布均匀, 但依然有一些小气孔存在; 在1100℃时, 基体中开始生成一定量的β-SiC相, 复合材料的三点弯曲强度达到232MPa, 断裂韧性达到10.50MPa·m^1/2. 在断裂过程中表现出明显的韧性断裂, 断口有较长的纤维拔出.     

陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料的力学性能

以泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备出陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料(SHCM),研究了泡沫陶瓷骨架和高硅氧纤维对材料力学性能的影响.结果表明,泡沫陶瓷骨架有利于材料的刚度和尺寸稳定性提高.加入泡沫陶瓷骨架后,纤维/树脂/陶瓷超混杂复合材料的压缩强度和压缩模量增大,随着泡沫陶瓷骨架含量的提高,弯曲模量大幅度提高而弯曲强度略有下降;随着高硅氧纤维含量的提高,材料的弯曲强度及弯曲模量均明显提高.     

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

CaCO3增强马来酸化蓖麻油树脂及其泡沫塑料

以马来酸化蓖麻油(MACO)为主要原料,利用无机矿物碳酸钙(CaCO₃)粒子作为增强材料制备了环境友好的CaCO₃/MACO复合材料及其泡沫塑料,研究了CaCO₃对MACO力学性能、动态力学性能和热稳定性的影响,分析了无机粒子与基体间的界面相互作用.研究结果表明:CaCO₃含量及其与MACO基体聚合物间的界面黏结是影响复合材料强度的关键因素.随CaCO₃含量增加,CaCO₃/MACO复合材料的刚性增加,当CaCO₃添加量为60wt%时,复合材料的拉伸和弯曲强度达到最优,分别为26.7 MPa 和46.2 MPa,基本达到部分通用塑料的水平.动态力学和热稳定性分析证明:CaCO₃作为增强填料可有效提高蓖麻油基塑料的储存模量、玻璃化转变温度和热分解温度.这些行为归于MACO树脂中的羧基和羰基官能团能与CaCO₃发生氢键和配位键合作用,形成良好的界面结合.CaCO₃也能增强CaCO₃/MACO复合泡沫塑料,当泡沫塑料密度为0.24 g/cm³时,加入20wt%的 CaCO₃,其压缩强度和模量比纯泡沫塑料的分别提高142.0%和211.5%.添加矿物填料可降低材料中石油基原料的用量,降低材料成本,增加复合材料与环境的相容性.     

AlB2对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料及其裂解产物力学性能的影响

以AlB₂和SiC颗粒填充酚醛树脂作为基体,高硅氧纤维作为增强体,制备了高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料。研究了不同添加量的AlB₂颗粒对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温和1 200℃裂解产物性能的影响,并分析了AlB₂颗粒对其裂解产物的增强机制。结果表明:随着AlB₂颗粒的添加,高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温下的弯曲强度逐渐减小,但其1 200℃裂解产物的弯曲强度先增大后减小。当AlB₂颗粒与酚醛树脂的质量比为12%时,裂解产物的弯曲强度提高最为显著,相比未添加AlB₂颗粒的复合材料,其裂解产物的弯曲强度提高了16.4%。AlB₂颗粒在1 200℃有氧环境中反应生成由B₂O₃、Al₂O₃和Al₂₀B₄O₃₆组成的共熔体,填充了树脂基体裂解产生的孔隙,明显减少复合材料...     

核用氧化锆耐火材料光固化增材制造工艺及性能研究

目的 为提高精密铸造效率,缩短制模周期,利用光固化增材制造技术制备适合活泼金属铸造用的ZrO₂陶瓷模具。方法 将光敏树脂与纳米级ZrO₂陶瓷粉体混合得到具有光固化性能的陶瓷浆料,采用数字光投影增材制造设备对陶瓷浆料进行逐层曝光,揭示不同固含量对陶瓷浆料固化性能的影响规律;利用光固化3D打印制备ZrO₂陶瓷生坯,经过干燥、脱脂和烧结处理,获得所需陶瓷样件,并对成型后的ZrO₂陶瓷进行微观组织表征、力学性能(压缩和弯曲)和抗热震性能测试。结果 在相同固化强度的基础上,随着ZrO₂陶瓷浆料固含量的增加,固化深度逐渐减小,固化宽度无明显变化。光强度越高,固化深度和宽度均越大。选用固含量(体积分数)为50%的陶瓷浆料,在紫外光波长405 nm、光强度25 mW/cm²、曝光时间2 000 ms、层厚30μm的工艺条件下制备ZrO₂陶瓷生坯,经过最高温度450℃脱脂和最高温度1 525℃烧结处理,获得了无变形和开裂的ZrO₂...     

热处理环境对Al_(2)O_(3)纤维力学性能及微观结构的影响EI

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58 GPa下降至0.94 GPa,表面晶粒尺寸由97.3 nm增大至184.1 nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18 GPa下降至0.95 GPa,表面晶粒尺寸由91.3 nm增大至171.7 nm。水汽气氛中的H_(2)O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。     

热处理环境对Al_(2)O_(3)纤维力学性能及微观结构的影响EI北大核心

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58 GPa下降至0.94 GPa,表面晶粒尺寸由97.3 nm增大至184.1 nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18 GPa下降至0.95 GPa,表面晶粒尺寸由91.3 nm增大至171.7 nm。水汽气氛中的H_(2)O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。     

颗粒尺寸对B4C增强铝基中子吸收材料界面反应与力学性能的影响

采用粉末冶金真空热压法制备了B₄C质量分数为31%、平均颗粒尺寸分别为6.5 μm、9.3 μm、17.3 μm、28 μm、39.5 μm的纯Al和6061Al基体的复合材料。对复合材料进行微观结构和力学性能检测,结果表明:所有复合材料的B₄C颗粒在基体中都均匀分布,且致密度都达到99%以上;对于纯Al基复合材料,随着颗粒尺寸增加,其致密度和塑性逐渐增加,强度逐渐下降;对于6061Al基复合材料,致密度随着颗粒尺寸的增加稍有降低,其强度和塑性受颗粒尺寸和热压温度共同影响,当热压温度610℃时,界面反应严重,随B₄C颗粒尺寸增加,强度先下降后上升,塑性先上升后下降;当热压温度580℃时,界面反应轻微,复合材料强度逐渐下降,塑性逐渐上升。颗粒尺寸、界面反应和基体材料等均影响B₄C增强铝基复合材料的力学性能。      

莫来石/氧化铝预应力涂层增强氧化铝的弯曲强度和抗热震性能

在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上,无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石–氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预应力强化。结果表明：随着涂层中石英掺量增加,预应力氧化铝的强度出现先增大后减小的趋势;当涂层中掺入石英的质量分数为15%时,预应力增强效果最好,涂层与基体界面结合紧密,预应力氧化铝陶瓷的弯曲强度达到(549.44±27.2)MPa,比普通氧化铝的强度提高了37.19%;当涂层中掺入石英的质量分数增大到15%以上,由于烧结收缩不匹配反而引起强度下降;这种预应力增强效果会随着温度升高逐渐减弱,当测试温度达到并超过1000℃时,预应力氧化铝和普通氧化铝会具有大致相等的抗弯强度。由于表层压应力的存在,预应力氧化铝还展现出更好的抗热震性能和损伤耐受性。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

石英纤维增强磷酸铬铝/有机硅杂化树脂基复合材料性能

通过甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)在磷酸铬铝中水解制备了磷酸铬铝/有机硅的有机-无机杂化树脂,以石英纤维为增强材料,氧化铝为固化剂,采用模压成型工艺制备纤维增强杂化树脂基复合材料.考察了杂化树脂基体以及复合材料的力学、介电性能等,结果表明复合材料的弯曲强度大大提高,介电性能更加优越.     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用II——复合材料的制备及其表征

将活性填料Al应用到吉林碳纤维(JC)和M40JB纤维增强先驱体转化SiC陶瓷基复合材料的制备中。研究表明,经过7个周期的致密化处理,当复合材料素坯中不含活性填料时,JC增强复合材料比M40JB增强复合材料有更高的弯曲强度,因此,JC纤维更适合用作先驱体转化陶瓷基复合材料的增强纤维;当复合材料素坯中含有活性填料Al时,由于Al与碳纤维发生碳化反应,使纤维受损,在纤维与基体之间形成不良的界面结合,导致复合材料的强度发生退化。图象分析表明,M40JB与Al的反应层厚度约为0.94μm。为了防止碳纤维与Al发生反应,应对碳纤维进行适当的表面处理。     

活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用 II——复合材料的制备及其表征

将活性填料Al应用到吉林碳纤维(JC)和M40JB纤维增强先驱体转化SiC陶瓷基复合材料的制备中。研究表明,经过7个周期的致密化处理,当复合材料素坯中不含活性填料时,JC增强复合材料比M40JB增强复合材料有更高的弯曲强度,因此,JC纤维更适合用作先驱体转化陶瓷基复合材料的增强纤维;当复合材料素坯中含有活性填料Al时,由于Al与碳纤维发生碳化反应,使纤维受损,在纤维与基体之间形成不良的界面结合,导致复合材料的强度发生退化。图象分析表明,M40JB与Al的反应层厚度约为0.94 μm。为了防止碳纤维与Al发生反应,应对碳纤维进行适当的表面处理。     

仿贝壳TiB2/Al-Cu层状复合材料的组织及其力学性能

陶瓷增强铝基复合材料是轻量化结构件的较理想材料,但随着陶瓷增强相含量的增加,复合材料的韧性会降低,导致复合材料服役过程中安全性的下降。因此如何实现复合材料高强韧性的匹配是制备陶瓷增强铝基复合材料一直存在的难题。根据仿生学思想,采用冷冻铸造及压力浸渗技术制备了不同陶瓷初始固相含量 (20vol%、30vol%、40vol%) 的 TiB₂/Al-Cu 层状复合材料。采用光学显微镜 (OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射分析 (XRD) 和力学性能测试研究了不同陶瓷初始固相含量对于 TiB₂/Al-Cu 层状复合材料微观组织和力学性能的影响。实验结果表明,随着陶瓷初始固相含量的提升,复合材料中陶瓷片层厚度增加,金属片层厚度减小,复合材料的抗压强度有所提升但抗弯强度和断裂韧性下降。其中,20vol% 陶瓷初始固相含量的 TiB₂/Al-Cu 层状复合材料拥有较优的断裂韧性,达到了 (20.59±1.5) MPa·m^1/2;40vol% 陶瓷初始固相含量制备的 TiB₂/Al...     

氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响

以工业废渣粉煤灰作为主要陶瓷组分,氧化铝纤维为增强相,采用冷压成型-热压固化两步法制备了氧化铝纤维增强陶瓷基摩擦材料,通过定速式摩擦磨损试验机研究了氧化铝纤维含量对陶瓷基摩擦材料性能的影响规律,并借助SEM观察磨损后样品的表面形貌,揭示了其摩擦磨损机理。结果表明:随着氧化铝纤维含量的增加,陶瓷基摩擦材料的孔隙率与密度不断增加,而硬度则先降低后上升然后再略降低;摩擦系数随氧化铝纤维含量的增加呈现出先降低后上升的趋势,当氧化铝纤维含量为25%时,样品的摩擦系数稳定在0.60左右;添加氧化铝纤维促进了陶瓷基摩擦材料的磨损,且随其含量增加,磨损率总体上呈增大趋势;未添加氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式主要为磨粒磨损和接触疲劳磨损,而添加25%氧化铝纤维的陶瓷基摩擦材料磨损形式以磨粒磨损、粘着磨损和纤维的脆性断裂为主。