溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以异丙醇(I)为溶剂、 六次甲基四胺(H)为催化剂, 配制间苯二酚(R)-糠醛(F)的醇溶胶, 经浸渍纤维预制件、凝胶老化、超临界干燥和炭化制得碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料。研究了溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料密度、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明:随着异丙醇与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度逐渐降低, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径增大, 大孔数量增多, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度降低。当异丙醇与间苯二酚物质的量之比由18增加到28时, 压缩强度由2.498 MPa(应变10%)降至0.716 MPa(应变10%), 拉伸强度由2.019 MPa降至1.001 MPa, 弯曲强度由3.984 MPa降至1.818 MPa。随着六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度先增大后减小, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径先减小后增大, 大孔数量先减少后增加, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度先增大后减小。当六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比为0.008 5时, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度最大, 强度最大, 其压缩强度为1.066 MPa(应变10%), 拉伸强度为1.256 MPa, 弯曲强度为3.556 MPa。      

莫来石纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶及超临界干燥技术制备了掺杂莫来石纤维的SiO2气凝胶复合材料,并对材料的热学性能和力学性能进行了测试,结果表明:SiO2气凝胶复合材料的热导率与其密度、温度和纤维添加量有关;添加莫来石纤维可以明显提高SiO2气凝胶的弹性模量和机械强度,改善材料的力学性能;莫来石纤维添加量控制在3%左右可以使SiO2气凝胶材料保持较低的热导率和较高的机械强度.     

Al2O3纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及其隔热机理

以正硅酸乙酯为先驱体,采用溶胶-凝胶工艺制备SiO2溶胶,将其与Al2O3纤维复合,经超临界流体干燥技术制得SiO2气凝胶复合绝热材料。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、压力试验机、平板导热仪等测试手段对样品的微观形貌、抗压强度以及热导率等进行了研究。讨论了材料的绝热机理,并对进一步降低SiO2气凝胶热导率的途径进行了概述。结果表明:添加Al2O3纤维能够明显增强SiO2气凝胶的综合力学性能;经过1000℃热处理的复合材料仍保持SiO2气凝胶的纳米多孔结构,这赋予复合材料优异的绝热特性。当Al2O3纤维添加量为8%(质量分数)左右时,可使复合材料同时具有较低的热导率(λ=0.051W/(m.K),298K)和较高的抗压强度(σbc=1.977MPa)。     

纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备和低温性能

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体制备SiO2溶胶,并分别与玄武岩纤维和玻璃纤维复合,经超临界干燥工艺制备了疏水耐低温SiO2气凝胶复合材料。利用傅里叶红外光谱仪、接触角分析仪、激光法导热仪、万能试验机、氮气吸附法对SiO2气凝胶复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:两种纤维增强SiO2气凝胶复合材料在常温及低温下均具有良好的疏水性能和隔热性能,玄武岩纤维增强SiO2气凝胶复合材料和玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的接触角分别为148°和142°,常温热导率分别为0.030 W·m-1·K-1和0.026 W·m-1·K-1,-50℃时的热导率分别为0.027 W·m-1·K-1和0.024 W·m-1·K-1,在低温条件下,体积无明显收缩。纤维的加入提供了力学支撑,两种材料不仅在常温下具有良好的力学性能,而且在低温下的力学性能有所增强。     

SiO_2气凝胶的力学性能增强研究

在硅浓度一定的前提下,分别采用莫来石纤维复合及六亚甲基二异氰酸酯单体(HDI)修饰两种方式对氧化硅气凝胶进行力学性能增强,并对其进行结构与力学性能的表征。结果表明,在力学性能方面,两种增强方式的SiO2气凝胶弹性模量分别为134.06MPa、116.78MPa,分别增加了16倍和12倍;有机物修饰后的气凝胶屈服强度远大于纤维增强的气凝胶。在微结构方面,纤维增强气凝胶的纳米多孔结构无明显变化,而有机物修饰气凝胶的比表面积略有下降,孔径尺寸变小。增强型气凝胶大大增加了其在多个领域的实际应用。     

玻璃纤维和碳纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,玻璃纤维和碳纤维为增强相,通过溶胶-凝胶和常压干燥分别制备了玻璃纤维增强型二氧化硅气凝胶(GF/SiO₂气凝胶)和碳纤维增强型二氧化硅气凝胶(CF/SiO₂气凝胶)复合材料,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、比表面积和孔径分布测试仪、万能力学试验机、导热系数测试仪等手段对材料的结构和性能进行了测试表征,对比分析了玻璃纤维和碳纤维对SiO₂气凝胶复合材料结构与性能的影响。结果表明：玻璃纤维与SiO₂颗粒基体之间的界面结合较差,制得的GF/SiO₂气凝胶具有较差的力学性能(压缩强度=0.676MPa,应变=60%)和较高的导热系数[0.0410W/(m·K)];而碳纤维与SiO₂气凝胶颗粒具有较好的界面相互作用,制得的CF/SiO₂气凝胶具有良好的力学性能(压缩强度=1.225MPa,应变=60%)和低的导热系数[0.0342W/(m·K)]。     

SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯、乙醇和去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2溶胶;并以煤沥青为原料,采用自挥发发泡法制备了中间相沥青基泡沫炭。然后采用浸渍工艺将SiO2溶胶和中间相沥青基泡沫炭在常压下进行复合,制备了SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合隔热材料。利用XRD、SEM、热导仪和万能试验机等设备分别研究了SiO2气凝胶、中间相沥青基泡沫炭以及SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的结构和性能。结果表明,所制备的复合材料具有一定的力学性能,同时其隔热性能优于单一泡沫炭的隔热性能,有望成为一种新型的隔热材料。     

SiO2f/SiO2-BN复合材料的制备及其性能

以石英纤维预制件和硅溶胶为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2f/SiO2复合材料,在此基础上用尿素法制备了SiO2f/SiO2-BN复合材料,并对其力学性能和介电性能进行了测试.结果表明,随着工艺循环次数的不断增加,复合材料的密度随之提高,但增长速度逐渐减慢.三次循环后,SiO2f/SiO2-BN复合材料密度达1.8...     

静电纺丝法制备PVA/TEOS复合纤维膜的研究

以聚乙烯醇(PVA)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过静电纺丝技术与溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法,制备出不同反应时间的PVA/TEOS复合纤维膜。FT-IR和TEM观察表明,PVA纤维与TEOS溶胶之间形成了化学键结合,PVA复合纤维膜中的空隙被SiO2填充。XRD表明复合反应使PVA结晶能力明显降低。TG表明,复合膜具有良好的耐热性能,且随着复合时间的增加逐渐提高。力学性能测试表明,复合膜的拉伸强度在复合时间为7 h时达到最大值59.15 MPa。吸水和保水性能测试发现,随着复合时间的增加,复合膜的吸水性先增大后减小,而保水性越来越高。     

复合纤维增强疏水SiO2气凝胶的制备及其性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,复合纤维为增强相,采用溶胶-凝胶法和常压干燥技术制备了纤维增强疏水SiO_2气凝胶复合材料。利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、比表面积分析仪等手段对气凝胶的化学组成、形貌及结构等进行了分析,并且测量了样品的密度和抗折强度。结果表明:经常压干燥制备的SiO_2气凝胶复合材料加工成块性较好,密度在0.27g/cm~3左右,比表面积达到878.544m~2/g;随着复合纤维的掺入,凝胶填充了纤维之间的大部分微米空隙,并与纤维形成了比较密实的结构,复合材料的抗折强度提高到了1.53 MPa,使得材料有较好的韧性,适用于不规则形状的隔热。     

基于数字图像相关方法的气凝胶复合材料各向异性热变形测量

在热防护材料及结构高温力学性能研究中,测量其在热载荷与机械载荷作用下产生的变形是重要且基础的工作。基于数字图像相关方法,建立了可实现800℃变形测量的非接触式测量系统。针对陶瓷纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,从面外和面内两个材料方向,以25℃为参考温度,试验测量了材料加热至300~800℃范围内不同温度时产生的热变形。研究结果表明,在此试验系统基础上的变形测量方法可用来测量此类热防护材料的高温变形。陶瓷纤维增强SiO2气凝胶复合材料的高温热变形具有明显的各向异性,面外方向上表现为"收缩",面内方向上表现为"膨胀"。SiO_2气凝胶基体中的颗粒团聚以及增强纤维在面内方向上的铺层分布是导致热变形各向异性的主要原因。     

陶瓷纤维增强SiO2气凝胶复合材料面内拉伸非均匀全场应变测量与分析

通过设计圆弧边缘夹持方案和狗骨形拉伸试样,开展了陶瓷纤维增强SiO₂气凝胶复合材料室温环境中的面内拉伸性能试验,采用数字图像相关方法对陶瓷纤维增强SiO₂气凝胶复合材料表面的全场变形进行测量和分析,并结合获得的非均匀应变分布情况进一步讨论其力学行为特征和变形断裂机制。结果表明:纤维增强增韧机制使陶瓷纤维增强SiO₂气凝胶复合材料的面内拉伸行为表现出一定的非线性及韧性特征;在一定载荷水平下,陶瓷纤维增强SiO₂气凝胶复合材料表面应变分布呈显著的非均匀特征,与内部随机的纤维排布及各处传力情况不同相关,可选择较大计算区域进行平均化处理来减弱对测试中应变度量的影响;在加载和断裂过程中陶瓷纤维增强SiO₂气凝胶复合材料表面存在局部应变集中现象,并随着裂纹扩展而发生演变,面内拉伸载荷下的宏观断口呈锯齿状特征,主要由剪应力主导的基体断裂、法向针刺对纤维铺层的约束等原因所致。本文研究结果为隔热复合材料的强韧化性能提高指明了方向。      

莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学性能试验

为了探究莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的拉伸和层间剪切性能,开展了相关试验。首先,进行了复合材料在室温下的面内拉伸试验,获得了复合材料的室温面内拉伸模量;然后,采用引伸计方法和数字图像相关法分别对拉伸变形进行测量,并对2种方法进行了对比分析;最后,开展了不同温度下的层间剪切试验,研究了复合材料在不同温度下的层间剪切性能,并对其微观结构进行了分析。结果表明:复合材料的拉伸模量约为285.17 MPa;由引伸计方法测得的拉伸变形计算出的拉伸模量比数字图像相关法获得的拉伸模量高2.4%;在室温和高温下,试样呈现明显的层间剪切破坏;对复合材料的微观分析发现,SiO_2气凝胶基体主要分布在层间区域,增强纤维主要分布在铺层内。所得结论表明莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料拉伸和层间性能较差,当承受层间载荷时,SiO_2气凝胶基体起主要作用,且温度对复合材料的性能影响较大。     

玻璃料对可陶瓷化硅橡胶基复合材料耐高温性能的影响

玻璃料可以改善可陶瓷化硅橡胶基复合材料高温热解后的力学强度,保持结构的完整性。为了研究玻璃料的成分对云母/硅橡胶复合材料耐高温性能的影响,分别以玻璃料A和B为助熔剂,制得了2种复合材料,研究了其力学性能、微观形貌、热分解性能及陶瓷化机制。结果表明:云母/硅橡胶复合材料常温拉伸强度为3~4 MPa,600~1 200℃下热解后试样的弯曲强度在0.3~4.5 MPa之间,且保持结构完整;SEM结果显示玻璃料B有助于形成大量的液相结构,更好地改善热解后形成的陶瓷层的强度和结构;TG结果显示玻璃料可以加速硅橡胶的分解,因此要控制玻璃料的加入量;XRD结果显示在温度变化过程中,添加含SiO₂和K₂O成分较多的玻璃料B至云母/硅橡胶复合材料中形成了非晶相和钾长石（K₂O·Al₂O₃·6SiO₂）,从而提高陶瓷层的强度。      

溶胶-凝胶法有机-无机精细复合材料P(VDF/TeFE)-SiO_2的制备与显微结构

用溶胶－凝胶法制备了有机－无机精细复合材料Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）－ＳｉＯ２。利用水解－聚合反应由正硅酸乙脂（ＴＥＯＳ）合成ＳｉＯ２溶胶，乙醇作溶剂，盐酸作催化剂。将Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）溶于丙酮，并与ＳｉＯ２溶胶均匀混合。凝胶后经干燥和热处理得到有机－无机精细复合材料Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）－ＳｉＯ２。用红外光谱分析、扫描电镜分析、差示扫描热分析和热失重分析对有机－无机精细复合材料Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）－ＳｉＯ２进行了显微结构表征。     

BSTO/Mg2SiO4/MgO复合材料的介电性能研究

采用传统的电子陶瓷制备工艺制备了BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料，并对样品的结构及其介电性能进行了表征与分析，讨论了Mg2SiO4／MgO掺杂对BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料结构和性能的影响．结果表明，与前其他掺杂改性的BSTO复合材料相比，BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料不仅可以在较低的温度烧结致密，而且在介电常数降低的同时，仍能保持较高的可调性，如BSTO／39wt％Mg2SiO4／17wt％MgO的介电常数εr为-80．21，在2kV／mm的直流偏置电场下，其可调性达到-12％，介电损耗为-0．003．     

添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷材料力学性能和显微结构

采用热压工艺制备了添加固体润滑剂MoS2、BN、CaF2的Al2O3/TiC陶瓷材料,测量了其力学性能和分析了其显微结构.结果表明,添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷比未添加时的力学性能有大幅下降,其中Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力学性能最好,当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537;而添加BN的Al2O3/TiC陶瓷材料的力学性能最差.XRD衍射结果和微观结构显示,添加MoS2的Al2O3/TiC材料中的MoS2发生分解,基体中存在较多的气孔;添加BN的Al2O3/TiC材料中的BN与Al2O,反应生成AlN,造成大量裂纹的产生,致使材料的强度和硬度都大幅下降;Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料中的CaF2在烧结过程中没发生化学反应,复合材料晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.     

镁合金表面微弧氧化-SiO2复合膜层的微观结构和耐蚀性

采用有机醇盐水解法制备SiO2溶胶,用浸溃-提拉制膜技术在AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷层表面制备SiO2膜层,研究了镁合金表面微弧氧化-SiO2复合膜层的微观结构和耐蚀性.结果表明:SiO2溶胶进入微弧氧化陶瓷层表面的微孔并形成了SiO2膜层;由微弧氧化陶瓷层和SiO2膜层组成的复合膜层的腐蚀电位比单一陶瓷层明显提高,...     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶复合材料力学性能试验

氧化硅气凝胶具有极低的热导率和密度,可作为很好的隔热材料,而脆弱的力学性能限制了其在隔热领域的应用。在不影响隔热效果的前提下,通过复合陶瓷纤维可增加氧化硅气凝胶的强度及韧性。试验探索了陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶在室温下的拉伸、压缩和剪切等基本力学性能,分别研究了300℃、600℃和900℃下复合材料纤维铺层面方向的压缩性能,并采用扫描电子显微镜对高温试样微观结构进行了观察分析。结果表明：陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶的性能表现出方向性,弹性模量在铺层面内方向与厚度方向的数值最大相差约28倍,强度极限亦然;在室温条件下,复合材料的拉伸和压缩弹性模量不同,X 、Y 和 Z 方向拉伸模量与对应的压缩模量之比分别为1.60、1.83和0.56;高温下复合材料沿厚度方向收缩,收缩量随温度升高而增大,900℃下的最大收缩量可达10.8%;高温下复合材料铺层面内方向压缩性能随温度升高而增强。