新型石英纖維的表征及其石英基復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、石英纖維綜合性能優(yōu)良，是高馬赫數(shù)導(dǎo)彈天線罩透波材料的理想增強(qiáng)體。本文以新型石英纖維和普通石英纖維為研究對(duì)象，通過對(duì)比分析熱處理過程對(duì)兩種石英纖維力學(xué)性能及組成、結(jié)構(gòu)和形貌的影響，探究了新型石英纖維耐溫性能增強(qiáng)的機(jī)理。通過溶膠-凝膠工藝制備了2.5D新型石英纖維增強(qiáng) SiO2復(fù)合材料并研究了工藝條件對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并對(duì)復(fù)合材料的介電性能和熱物理性能進(jìn)行了表征。
　　對(duì)比研究了不同溫度(未處理及200℃～1400℃)熱處理后

2、兩種石英纖維的力學(xué)性能。當(dāng)熱處理溫度超過200℃后，新型石英纖維的斷裂強(qiáng)力和強(qiáng)度保留率開始明顯大于普通石英纖維，1000℃時(shí)，新型石英纖維的斷裂強(qiáng)力及強(qiáng)度保留率分別可達(dá)100.65N、33.8％，而普通石英纖維只有56.74N、19.1%。當(dāng)熱處理溫度升高到1200℃時(shí)，兩種纖維均會(huì)喪失力學(xué)性能。整體而言，普通石英纖維的力學(xué)性能對(duì)熱處理過程更加敏感。
　　對(duì)比研究了不同溫度熱處理后兩種石英纖維的組成，結(jié)構(gòu)及形貌。新型石英纖維中存在

3、少量的Al元素，以鋁氧化物的形式存在且在浸潤(rùn)劑之下纖維本體表面的含量最高。隨著熱處理溫度的上升，兩種石英纖維的結(jié)晶度逐漸提高，且1400℃熱處理后的兩種石英纖維均已析晶完全。當(dāng)熱處理溫度處于600℃～1000℃時(shí)，兩種纖維的表面形貌出現(xiàn)明顯區(qū)別，主要體現(xiàn)在新型石英纖維表面存在疏松多孔結(jié)構(gòu)。
　　對(duì)比研究了兩種石英纖維的析晶過程。新型石英纖維在熱處理溫度升高過程中并未體現(xiàn)出明顯的表面析晶和內(nèi)部析晶兩個(gè)階段。進(jìn)一步推斷了新型石英纖維耐

4、溫性能提高的機(jī)理，即新型石英纖維表面浸潤(rùn)劑層以下纖維本體表面的摻鋁層在一定溫度以下可以起到延緩石英纖維表面析晶的作用。
　　研究了緯向纖維體積分?jǐn)?shù)、浸漬-燒結(jié)循環(huán)次數(shù)、燒結(jié)溫度等工藝條件對(duì)2.5D新型石英纖維增強(qiáng) SiO2復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的緯向纖維體積分?jǐn)?shù)越高，緯向彎曲強(qiáng)度就越大，而隨著浸漬-燒結(jié)循環(huán)次數(shù)(1～4)的增加，復(fù)合材料的致密化程度不斷增高，力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，燒結(jié)溫度(800℃～1000℃

5、)的提高也會(huì)使得試樣的密度不斷增加，但強(qiáng)度先增加后減小。采用新型石英纖維作為增強(qiáng)體制備2.5D SiO2f/SiO2復(fù)合材料的最佳燒結(jié)溫度可提升至900℃，此時(shí)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彈性模量分別可達(dá)89.9MPa、17.2GPa，密度為1.74g/cm3。
　　制備2.5D新型石英纖維增強(qiáng)SiO2復(fù)合材料的較優(yōu)工藝條件為：緯向纖維密度2.6根/c m，浸漬燒結(jié)循環(huán)4輪，燒結(jié)溫度800℃～900℃。此工藝條件下制備的復(fù)合材料介電性能和