多孔SiC陶瓷及其与环氧树脂复合材料的制备研究

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本论文研究了多孔SiC复相陶瓷材料的制备及环氧树脂浇注料的配制,并对它们复合材料的制备工艺和性能进行了探索性研究,制备了一种具有较低密度和高耐压强度的、可以用做固体浮力材料的新型复合材料。利用添加造孔剂法、表面活性剂发泡法两种方法,结合淀粉固结成型工艺,以Al2O3-Y2O3为助烧剂的条件下,低温烧结制备了多孔SiC复相陶瓷,对多孔陶瓷的烧结温度、助烧剂添加量及烧成品的气孔率、气孔形貌、耐压强度等性能进行了研究。实验发现,淀粉固结成型工艺中,在50℃90℃的固结温度范围内,随着温度升高,固结加快,最终的生坯平整均匀,具有较高强度。实验中多孔陶瓷的最佳烧结温度为1550℃,Al2O3-Y2O3的最佳添加比例是10wt%。添加淀粉作为造孔剂法中,材料的密度和耐压强度由淀粉的添加量决定,当淀粉的添加量为10wt%60wt%时,材料的密度从1.46g/cm3下降到0.94g/cm3,对应的强度为31.5 4MPa;表面活性剂发泡法中制得的多孔材料中含有大、中、微三种大小有规律分布的气孔,浆料的固相含量是影响材料气孔率、密度和耐压强度的主要因素,当固相含量为60wt%72wt%时,多孔陶瓷的密度为0.431.22g/cm3,耐压强度为519MPa。分别以乙二胺、低分子量聚酰胺、改性胺T31为固化剂,研究了它们固化环氧树脂的最佳添加比例,并对不同固化剂固化环氧树脂材料的最终力学性能等进行了比较。实验发现,三种固化剂中,低分子量聚酰胺固化环氧树脂的力学性能最佳,其最佳添加比例是1:0.9(环氧树脂和固化剂的质量比),该比例下材料的耐压强度可以达到81.7MPa,密度1.08g/cm3,吸水率小于0.25%。将制得的陶瓷材料用硅烷偶联剂处理,然后在抽真空的条件下以大块状和微球状两种形状与环氧树脂复合,将其性能与空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料进行了比较。实验发现,块状多孔陶瓷渗透环氧树脂后,复合材料的密度略有增大,强度与多孔陶瓷材料相比却有较大提高:复合材料的密度为0.57 1.30g/cm3,相应的强度6.421.2MPa。实验制备的空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的密度0.97g/cm30.68g/cm3,耐压强度为75 58 MPa。在空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料中添加适量的多孔陶瓷球,实现了材料耐压强度的提高。多孔陶瓷球的添加量存在一个最佳比例,过量反而会使材料力学性能下降,其中,空心玻璃微珠25wt%,多孔陶瓷球15wt%材料的密度为0.73g/cm3,耐压强度71MPa,已经接近俄罗斯研制的水下6000m浮力材料水平。
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