三維正交結(jié)構(gòu)碳纖維增強氧化物陶瓷基復合材料的新型制備方法及性能分析.pdf

1、碳纖維增強氧化物陶瓷基復合材料具有優(yōu)異的機械性能、高耐熱性、低熱膨脹和低密度，使其廣泛應(yīng)用于航空航天和工業(yè)領(lǐng)域，如導彈鼻帽和汽車燃氣管道。最近幾年，紡織結(jié)構(gòu)纖維增強陶瓷復合材料以其更好的完整性和抗分層性能引起了人們更多的關(guān)注。但是，現(xiàn)有的用于制造紡織結(jié)構(gòu)纖維增強陶瓷基復合材料的方法效率低，限制了紡織結(jié)構(gòu)陶瓷基復合材料的廣泛應(yīng)用。
　　本文針對現(xiàn)有紡織結(jié)構(gòu)增強陶瓷基復合材料制備方法所存在的不足，開發(fā)出一種工藝更為簡單、生產(chǎn)周期更短、

2、生產(chǎn)成本更低、適用范圍更廣的三維機織結(jié)構(gòu)纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法，此方法的特征在于:在三維機織結(jié)構(gòu)纖維預制件的織造過程中，在纖維層間涂覆、澆注陶瓷漿料，干燥后通過多次真空輔助轉(zhuǎn)移成型(VARTM)的方法浸漬，使陶瓷漿料充分填充于纖維預制件的空隙，以降低陶瓷基體的孔隙度，最后通過熱壓燒結(jié)制得致密化的三維機織結(jié)構(gòu)纖維增強陶瓷基復合材料。
　　本文利用此方法制造了三維正交機織結(jié)構(gòu)碳纖維增強二氧化硅陶瓷基復合材料(3D Cf/Si

3、O2)和三維正交機織結(jié)構(gòu)碳纖維增強氧化鋁復合材料（3D Cf/Al2O3）。通過彎曲性能測試、沖擊性能測試以及斷面電子顯微鏡形貌分析來研究復合材料的力學性能、微觀結(jié)構(gòu)以及增韌機制。實驗表明碳纖維增強二氧化硅復合材料經(jīng)緯向彎曲強度分別達到103.8MPa和119.8MPa，與純二氧化硅陶瓷材料相比分別增加了201.6％和263.6％。碳纖維增強氧化鋁復合材料的彎曲斷裂為非脆性斷裂，但是材料經(jīng)紗方向的彎曲強度低于純氧化鋁材料，這主要是由碳纖

4、維和氧化鋁基體熱膨脹系數(shù)不匹配導致的。兩種復合材料的彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線都表明，由此方法制造的纖維增強陶瓷基復合材料的斷裂破壞不是連續(xù)進行的，具有非脆性斷裂的特性。掃描電子顯微鏡對兩種復合材料抗彎失效斷面分析表明，碳纖維對陶瓷基體的增韌機理為裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維的拔出與橋接，從而實現(xiàn)了失效方式從災(zāi)難性破壞到非災(zāi)難性破壞的改變，極大地提高了復合材料的韌性。由此可見此種新型的三維紡織結(jié)構(gòu)纖維增強陶瓷基復合材料制備方法可以有效增強陶瓷復合材料的強度和