單向連續(xù)SiCf增強鋁硅酸鹽聚合物基復合材料的力學性能.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增強鋁硅酸鹽聚合物基復合材料(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彎曲試驗等分析測試手段,探討了SiC纖維含量對SiCf/KGP復合材料的室溫力學性能和斷裂機制的影響;系統(tǒng)研究了高溫暴露對SiCf/KGP復合材料的組織、性能及界面結(jié)合的影響;

2、并進一步探討了KGP及其SiCf/KGP復合材料的高溫力學性能及斷裂行為。
　　研究結(jié)果表明,制備的SiCf/KGP復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現(xiàn)了基體的強韌化。尤其是當纖維含量為20vol.％時,其復合材料在x方向上的抗彎強度、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。不同纖維含量的復合材料x方向的抗彎強度均比z方向高,然而其斷裂功則相反。復合材料在

3、x方向上斷裂機制是抗彎剪切破壞,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。復合材料沿纖維軸向的方向表現(xiàn)一定的膨脹關系,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,復合材料的力學性能逐漸下降,材料均發(fā)生脆性斷裂。在900℃暴露后其室溫抗彎強度相比于未暴露,其強度保留率為80.0%。然而,在1000℃暴露后僅有25.8%的強度保留率。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弱化導致復合材料的強度降低。
　　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。其高溫力學性能隨測試溫度的升高而逐漸增大。在12