單向連續(xù)SiCf增強(qiáng)鋁硅酸鹽聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)性能.pdf

1、本文以煅燒高嶺土、硅酸鉀溶液、SiC纖維等為原材料,利用超聲輔助-料漿浸漬工藝制備了鋁硅酸鹽聚合物(KGP)和不同纖維含量的單向連續(xù)SiCf增強(qiáng)鋁硅酸鹽聚合物基復(fù)合材料(SiCf/KGP)。采用X射線衍射、掃描電鏡、熱重差熱分析、熱膨脹分析、高分辨率透射電鏡和三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)等分析測試手段,探討了SiC纖維含量對SiCf/KGP復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能和斷裂機(jī)制的影響;系統(tǒng)研究了高溫暴露對SiCf/KGP復(fù)合材料的組織、性能及界面結(jié)合的影響;

2、并進(jìn)一步探討了KGP及其SiCf/KGP復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能及斷裂行為。
　　研究結(jié)果表明,制備的SiCf/KGP復(fù)合材料中纖維單向性好且浸漬充分。碳化硅纖維的引入有效實(shí)現(xiàn)了基體的強(qiáng)韌化。尤其是當(dāng)纖維含量為20vol.％時,其復(fù)合材料在x方向上的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性和斷裂功相比基體材料分別提高了14.4倍、3.4倍、15.2倍和81.5倍。不同纖維含量的復(fù)合材料x方向的抗彎強(qiáng)度均比z方向高,然而其斷裂功則相反。復(fù)合材料在

3、x方向上斷裂機(jī)制是抗彎剪切破壞,而在z方向上是層間剪切破壞。
　　在1000℃暴露后,KGP結(jié)晶轉(zhuǎn)變白榴石和少部分的霞石,而SiCf/KGP復(fù)合材料僅生成少部分的霞石,說明了纖維的加入阻礙了鋁硅酸鹽聚合物高溫下的結(jié)晶轉(zhuǎn)變。復(fù)合材料沿纖維軸向的方向表現(xiàn)一定的膨脹關(guān)系,且RT~1300℃其平均熱膨脹系數(shù)(3.6×10-6/K)稍小于SiCf的熱膨脹系數(shù);而復(fù)合材料的厚度和寬度隨溫度升高收縮率逐漸增大,在1000℃暴露后收縮率分別為12

4、.0%和13.8%。隨暴露溫度(600~1000℃)的升高,復(fù)合材料的力學(xué)性能逐漸下降,材料均發(fā)生脆性斷裂。在900℃暴露后其室溫抗彎強(qiáng)度相比于未暴露,其強(qiáng)度保留率為80.0%。然而,在1000℃暴露后僅有25.8%的強(qiáng)度保留率。纖維與基體間的熱膨脹系數(shù)不匹配形成垂直纖維方向的裂紋以及界面反應(yīng)弱化導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度降低。
　　鋁硅酸鹽聚合物在高溫下發(fā)生粘性燒結(jié)致密化使其性能得到提高。其高溫力學(xué)性能隨測試溫度的升高而逐漸增大。在12