论文部分内容阅读
陶瓷基复合材料是一种新型多功能材料,具有耐高温、耐腐蚀、强度高、密度低等优点,可应用在航天飞行器的天线罩、发动机等耐高温部位。为了提高陶瓷基复合材料的高温力学性能,本文对陶瓷基体进行改性,采用连续纤维进行增韧,制备了基于陶瓷前驱体的耐高温复合材料,并探究了热压强度、料布比、粉体含量等因素对其力学性能的影响。首先,采用硅氧烷对苯并嗯嗪树脂进行杂化改性,通过浸渍热压法制备了石英纤维增强苯并嗯嗪的耐高温复合材料,对其分子结构、固化行为、耐热性能及力学性能进行了表征。结果表明:硅氧烷杂化苯并嗯嗪与双酚A型苯并嗯嗉有着近似的凝胶温度以及凝胶时间,但其粘度更低,有利于复合材料的成型加工。相比于石英纤维增强双酚A苯并噁嗪复合材料的弯曲保持率是5.7%,石英纤维增强硅氧烷杂化苯并嗯嗪复合材料在300。(℃下弯曲强度保持率为37.2%,展示出良好的耐高温性。其次,向氮化硅基体中引入磷酸二氢铝作为胶黏剂,并通过浆料浸渍热压法制备了石英纤维增强Si3N4陶瓷基复合材料,探究了晾布时间、粉体含量、料布比等因素对复合材料性能的影响。结果发现:室温(16℃)晾布4h、Si3N4粉体尺寸为1-3μm、A1(H2P04)3:Si3N4=1:1、料/布=2:1、压强为2MPa时,制备的QF/Si3N4复合材料的力学性能相对较佳(30(℃C热压后弯曲强度为75.64MPa;500℃烧结后弯曲强度为67.91MPa)。此外,研究发现氢氧化铝的加入可有效促进磷酸二氢铝的低温固化;采用钛酸四丁酯-乙醇溶液对石英纤维布进行预处理,可减弱酸性浆料对纤维的损伤。最后,向碳化硅基体加入磷酸二氢铝、间苯二酚和六次亚甲基四胺作为胶黏剂,并采用浆料浸渍热压法制备了碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料,探究了粉体含量、料布比、热压强度和粉体尺寸对复合材料力学性能的影响,并测试了浆料的DSC、TGA以及复合材料的弯曲强度。结果表明:加入间苯二酚和六次亚甲基四胺可有效促进磷酸二氢铝的脱水和固化,有利于形成网络结构。当粉体含量为A1(H2PO4)3:SiC=1:1、料/布=1.5/1、热压压强为2MPa、粉体尺寸为5μm时,复合材料的力学性能相对最好(300℃热压后弯曲强度为222.14MPa;500℃烧结后弯曲强度最大为165.59MPa)。本课题从基体改性入手,制备了3种不同的陶瓷基复合材料。石英纤维增强硅氧烷杂化苯并噁嗪复合材料在300℃的弯曲强度为191MPa,弯曲保持率为37.2%,可应用在300℃的温度范围。石英纤维增强Si3N4陶瓷基复合材料50℃强度为67.91MPa,强度虽不及前者,但其在500℃的弯曲保持率为89.78%,力学性能衰减缓慢,可满足低强度耐高温复合材料的需求,应用于500℃温度范围。碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料500℃强度为165.59MPa,可满足较高强度耐高温复合材料的要求。此研究为提高陶瓷基复合材料的耐热性和强度提供了一定的参考。