MF增強(qiáng)氧化鋁復(fù)合材料的制備.pdf

1、Al<,2>O<,3>陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,是優(yōu)異的工程陶瓷材料之一,但Al<,2>O<,3>陶瓷的脆性限制了其應(yīng)用范圍.MF(Mullite Fiber)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新型的超輕質(zhì)高溫耐火材料,具有高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn),且與氧化鋁陶瓷具有良好的物理化學(xué)相容性和相近的熱膨脹系數(shù).因此,選用MF增強(qiáng)增韌Al<,2>O<,3>陶瓷,改善Al<,2>O<,3>陶瓷的脆性,以期進(jìn)一步拓寬Al<,2

2、>O<,3>陶瓷在航天航空、化學(xué)化工、日常生活等領(lǐng)域的應(yīng)用. 利用傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)技術(shù),添加適量的燒結(jié)助劑,選取合理的纖維分散工藝,確定最佳纖維含量以及合理的燒結(jié)制度制備出莫來(lái)石纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料,對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試,并初步探討了材料的增強(qiáng)增韌機(jī)理. 利用SEM、DTA等分析手段研究了莫來(lái)石纖維經(jīng)高溫處理后的表面形貌,結(jié)果表明當(dāng)溫度高于1500℃時(shí),纖維表面晶粒粗化,表明在該溫度下纖維的力學(xué)性能開(kāi)始降低,復(fù)合材料的

3、燒結(jié)溫度應(yīng)低于1500℃. 選用Al粉、CMS和TiO<,2.、CMS-G和TiO<,2>三種燒結(jié)助劑來(lái)降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度.發(fā)現(xiàn)CMS-G和TiO<,2>對(duì)氧化鋁陶瓷的燒結(jié)性能影響最顯著,當(dāng)CMS-G和TiO<,2>含量分別為3﹪和1﹪,燒結(jié)溫度為1450℃,保溫2h時(shí),氧化鋁陶瓷基體致密燒結(jié),相對(duì)密度達(dá)到98.93﹪,且晶體發(fā)育良好,結(jié)晶均勻;并對(duì)組成為CMS-G和TiO<,2>含量分別為3﹪和1﹪的氧化鋁陶瓷基體進(jìn)行燒

4、結(jié)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)氧化鋁陶瓷基體的燒結(jié)激活能為113.4KJ/mol,表明其致密化機(jī)理為擴(kuò)散控制. 利用球磨工藝和新拌料漿法研究了不同混料時(shí)間對(duì)纖維分散性能的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維長(zhǎng)度為5mm、球磨時(shí)間為3h時(shí),纖維在基體中的分散效果最好,變異系數(shù)最小;纖維長(zhǎng)度在150Inn左右,適合實(shí)驗(yàn)的要求. 探討了不同燒結(jié)溫度、不同纖維含量對(duì)復(fù)合材料相對(duì)密度、線收縮率、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性的影響規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合材料的相對(duì)密度

5、、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性隨燒結(jié)溫度和纖維含量的增加先增大后減小,當(dāng)燒結(jié)溫度為1450℃、纖維含量為15﹪時(shí),復(fù)合材料的相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性最高:而復(fù)合材料的線收縮率則隨著燒結(jié)溫度的升高先增大后減小,隨纖維含量的增加逐漸減小. 探討了不同混料時(shí)間和不同保溫時(shí)間對(duì)纖維含量為15﹪的復(fù)合材料力學(xué)性能影響規(guī)律,結(jié)果表明復(fù)合材料的力學(xué)性能隨混料時(shí)間和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小,當(dāng)混料時(shí)間為3h時(shí),保溫時(shí)間為1.5h,復(fù)合材料的力學(xué)性能