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熔體浸漬技術制備SiC_pAlN復合材料

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-03-08  瀏覽次數:25 選擇視力保護色:

[摘要]  中華不銹鋼網公司獲悉:二維C/SiC復合材料連接強度隨保溫時間的變化規律從圖中可以看出,經Ni基連接劑連接后的C/SiC復合材料

  中華不銹鋼網公司獲悉:二維C/SiC復合材料連接強度隨保溫時間的變化規律從圖中可以看出,經Ni基連接劑連接后的C/SiC復合材料之間的中間層厚度都約為10講m,可知保溫時間對復合材料連接中間層的厚度影響不明顯。從圖中還可看出,中間層Ni基連接劑與C/SiC復合材料界面無明顯剝離現象,其邊沿隨復合材料的邊沿變化而變化,表明所采用Ni基連接劑與C/SiC復合材料的潤濕性較妊就滲入復合材料Ni基連接劑量來說,在保溫時間為15min時(a),Ni基連接劑滲入量最少,只有當復合材料連接表面的孔隙較大時,Ni基連接劑才能滲入孔隙較長深度;當連接表面孔隙較小時,就只有少量Ni基連接劑滲入其中。隨著保溫時間的增加,滲入復合材料的Ni基連接劑量也越來越多。在保溫時間為60min時(d),即使復合材料表面孔隙很小,Ni基連接劑也能滲入復合材料較深的深度。
  
  由此可知,C/SiC復合材料連接接頭的強度與復合材料連接時的保溫時間有直接關系。隨著保溫時間的增長,Ni基連接劑滲入復合材料內部越多,復合材料連接接頭的強度就越高。這是由于當Ni基連接劑滲入復合材料內部越多時,Ni基連接劑與復合材料的接觸面積越大,它與復合材料間形成的樹根狀結構就越明顯,其咬合力就越強但是并不是Ni基連接劑滲入越多,復合材料連接強度就越高基連連接劑的不斷滲入又對連接產生了另一個影晌由于Ni基連接劑與C/SC復合材料的熱膨脹系數不匹配,在由連接溫度冷卻到室溫時會在接頭區域產生較大的殘余應力。由于Ni基連接劑的熱膨脹系數要比C/SiC復合材料的熱膨脹系數高,冷卻后Ni基連接劑內部殘留有拉應力,在復合材料內部殘留有壓應力。因而當復合材料連接區域孔隙尺寸較小時,滲入其中的Ni基連接劑就可能發生斷開現象,如所示滲入復合材料的Ni基連接劑斷開又由于C/SiC復合材料在高溫下保溫時間越長對復合材料的性能影響也越大,因而進行復合材料連接的保溫時間也不易于太長,同時考慮到保溫時間從30min到45min過程中,C/SiC復合材料接頭的強度上升趨勢較為明顯,認為保溫時間45min為最佳保溫時間。
  
  本工作利用中間層Ni基連接劑對二維C/SC復合材料進行了連接,研究了在不同連接保溫時間下Ni基連接劑滲入復合材料的情況,并研究了接頭彎曲強度隨保溫時間的變化規律,得出以下結論:(1)利用Ni基連接劑來進行二維編織C/SC復合材料的連接是合理的采用的Ni基連接劑熔點較后,就使得斷開的部分Ni基連接劑在復合材料內部形成一個獨立的體系,這部分Ni基連接劑增加了殘余應力,降低了復合材料連接接頭的性能因此雖然保溫時間為60min的連接試樣滲入的Ni基連接劑量較多,但滲入的Ni基連接劑在復合材料內部斷開的現象也比保溫時間為45min的試樣的多,因此保溫時間為60min的試樣彎曲強度與保溫時間為45min的試樣強度相比,其強度上升趨勢比較平緩。
  
  熔體浸漬技術制備SiCp/AIN復合材料張忻12,李亞偉金勝利李楠張久興2(1.武漢科技大學,高溫陶瓷與耐火材料湖北省重點。表1為在斷口選取3個點的EDS點成分分析結果,可以看出:EDS分析結果與b元素面分布一致。
  
  氮化產物的縱斷口形貌與電子探針面分析表1中斷口各區的EDS成分分析為SiCp/AlN復合材料中胞狀氮化鋁的形貌照片。從a中可以看出生長前沿是由許多冠胞狀氮化鋁互相接觸生長在一起;從b胞狀氮化3結論200°c下用Al-Mg-Si合金反應浸漬碳化硅形成了SiCp/A1N復合材料,在此溫度下,Al-Mg-Si合金中的Mg元素極易蒸發,與氣氛中的微量氧發生反應,起到深脫氧作用,而Si元素的存在使Al-Si熔體容易浸漬滲透進入SiC預形體中,同時氮化反應生成AlN形成了以AlN/Si為三維骨架,SiC呈孤島狀結構的SiCp/AlN復合材料。
  
  中華不銹鋼網公司獲悉:生長前沿氮化鋁以胞狀方式生長,胞內由呈放射狀生長排列的柱狀晶氮化鋁構成,柱晶之間有大量的通道間隙,Si元素在胞內呈不均勻分布,胞邊緣部分的硅含量明顯高于胞中心部分,這與柱狀氮化鋁的生長機理有關。
  
  拉伸試驗結果和斷口形貌觀察表明,稀土元素處理玻璃纖維表面時,存在一最佳值,即當稀土元素含量為。3wt%時GF/PTFE復合材料的拉伸性能最佳。分析認為,這可能與稀土活性中心發揮作用的程度有關當表面改性劑中稀土含量低時,稀土原子活性中心在玻璃纖維表面的覆蓋率也較小,在靠近玻璃纖維表面產生畸變區的可能性不大,故表面處理作用不明顯((a、b));當表面改性劑中稀土含量過高時,導致大量稀土原子堆積在玻璃纖維表面,使稀土原子活性中心作用下降((d)。因此,只有當表面改性劑中稀土含量適宜時,其所形成的活性中心作用才能充分發揮,表面處理效果最好((c))。
  
  稀土原子的4f電子對原子核封閉不嚴,顯示較大的有效核電荷。由此可認為,稀土原子對其周圍原子的電子有較強的吸引力211.因此,玻璃纖維表面的稀土原子可能吸引PTFE中的F原子,使被F原子遮蔽的C原子裸露出來,進而形成RE-F鍵或RE-C鍵。由于稀土離子是典型的硬陽離子,與氧、氟等有較強的絡合能力,并且其同配位原子之間的結合鍵多以離子鍵為主I22),因此可以認為,在稀土元素與PTFE界面,稀土元素所形戍的RE-F鍵或RfC鍵具有較強的離子鍵性。同時,存在于界面處的稀土化合物,起到了釘扎作用,這也進一步改善了玻璃纖維與PTFE基體之間的親和性。因此,稀土元素處理玻璃纖維表面能夠提高玻璃纖維與PTFE基體之間的界面結合力,使稀土元素處理的GF/PTFE復合材料具有最佳性能。
  
  以上分析表明,稀土元素改善界面結合力的機制優于硅烷偶聯劑的。對于硅烷的介入,如SGS/RES表面改性劑,少量吸附在玻璃纖維表面上的硅烷在一定程度上干擾了稀土原子活性中心發揮作用和畸變區形成,但同時由于靠近纖維表面的畸變區與PTFE之間的物理化學作用,畸變區也阻礙了硅烷在GF/PTFE復合材料中形成IPN,因此,SGS/RES比SGS能夠有效地提高GF/PTFE復合材料的界面結合力,而RES是最有效的4結論由于稀土元素的作用,RES比SGS/RES和SGS能夠更有效地提高玻璃纖維與PTFE之間的界面結合力。

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