增強(qiáng)相表面改性提高陶瓷基復(fù)合材料性能研究.pdf

1、通過對(duì)碳纖維、不銹鋼纖維、鐵粉的表面化學(xué)鍍改性，再與莫來石等氧化物基陶瓷材料復(fù)合，成功地制備了表面改性第二相增強(qiáng)氧化物陶瓷基復(fù)合材料，使這些材料的強(qiáng)度和韌性有較大幅度的提高。采用掃描電鏡分析(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、能譜分析、粒度分析、密度分析等技術(shù)和手段，系統(tǒng)地研究了表面改性第二相對(duì)基體的增韌補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。探討了表面改性第二相對(duì)性能的影響規(guī)律和強(qiáng)韌化機(jī)理。 采用化學(xué)鍍方法對(duì)碳纖維、不銹鋼纖維和鐵粉進(jìn)行了表面改性處理。不

2、銹鋼纖維表面化學(xué)鍍鎳的最佳工藝為：鍍液pH值為4.8，溫度為86℃，鍍速約為12μm/h。鍍鎳層表面光亮、完整、致密、耐蝕性好，與基體結(jié)合緊密。碳纖維表面化學(xué)鍍鎳時(shí)，鍍速約為10μm/h，施鍍時(shí)間為5～8min，鍍層厚度為0.8～1.3μm。碳纖維表面化學(xué)鍍銅時(shí)，鍍速約為8μm/h，鍍液很穩(wěn)定。施鍍時(shí)間為6～10min，鍍層厚度為0.8μm～1.3μm。 碳纖維對(duì)莫來石、鈦酸鋁、鎂鋁尖晶石和堇青石陶瓷具有明顯的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用，對(duì)四

3、種陶瓷增韌補(bǔ)強(qiáng)效果最有利的碳纖維體積含量分別為10％、5％～10％、5％和5％～15％。 銅鎳復(fù)合鍍碳纖維由于既能起到保護(hù)碳纖維的作用又能保證碳纖維、鍍層、基體之間良好的界面特性，因此其增韌補(bǔ)強(qiáng)效果顯著提高，四種陶瓷抗彎強(qiáng)度提高的幅度分別為2.3倍、3.3倍、2.2倍和3.5倍，前三種陶瓷斷裂韌性提高的幅度分別為3.0倍、2.4倍、2.8倍。 研究發(fā)現(xiàn)，以氧化鋁、鋯英石、氟化鋁等為主要原料，采用原位反應(yīng)合成法可以制備自生

4、莫來石晶須增強(qiáng)氧化鋁基陶瓷材料。粉料粒度、燒結(jié)溫度和密封對(duì)自生莫來石晶須有重要影響。只有在密封條件下，溫度超過1400℃時(shí)才能自生出莫來石晶須，晶須呈圓針狀，直徑為0.2～1.0μm，長徑比為8～30。自生莫來石晶須具有顯著的增韌補(bǔ)強(qiáng)和提高抗熱震性的作用，可使材料的抗彎強(qiáng)度提高約43％，斷裂韌性提高約80％，臨界熱震溫差提高約400℃。 不銹鋼纖維及其表面化學(xué)鍍鎳均對(duì)不定形耐火材料有明顯的強(qiáng)韌化效果，且使材料的線變化率減小，抗熱

5、震性提高。材料的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和韌性分別提高3.5倍、1.1倍和51.5倍。強(qiáng)韌化機(jī)理一方面是在不銹鋼纖維中形成彌散鎳磷合金沉淀相強(qiáng)化了纖維；另一方面是材料斷裂時(shí)不銹鋼纖維可以通過塑性變形消耗外來能量，鎳與Al2O3發(fā)生界面反應(yīng)形成少量尖晶石相強(qiáng)化了界面結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn)了塑性變形能量消耗。 研究發(fā)現(xiàn)，用鍍鎳鐵粉制造金屬陶瓷材料具有較明顯的強(qiáng)韌化效果，熱處理可進(jìn)一步強(qiáng)化。其抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和韌性可達(dá)19MPa、92MPa和2