【摘要】：SiC纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事等領(lǐng)域。由于SiC纖維和陶瓷基體之間的界面對復(fù)合材料整體性能有很大影響,對SiC纖維進(jìn)行涂層處理是調(diào)控界面結(jié)合最有效的方式之一,因此SiC纖維涂層的研究具有重要意義。本文針對高絕緣SiC纖維(SLF-CIII)的高氧含量及抗高溫氧化性較差的特點(diǎn),通過采用溶膠-凝膠法在SLF-CIII纖維表面分別制備了TiO_2、ZrO_2和復(fù)合氧化物涂層(La_2O_3-ZrO_2和鑭鈦氧化物涂層),重點(diǎn)對La_2O_3-ZrO_2和鑭鈦氧化物進(jìn)行形貌表征和物相標(biāo)定,研究了煅燒溫度對物相組成的影響;表征了不同涂層制備工藝條件下的SiC纖維涂層微觀形貌,并研究了鑭鈦復(fù)合氧化物涂層工藝對SiC纖維單絲強(qiáng)度的影響。主要研究結(jié)論如下:(1)對涂覆TiO_2涂層的SiC纖維進(jìn)行拉升強(qiáng)度測試,結(jié)果表明:500℃/1 h熱處理后,涂層纖維強(qiáng)度較原纖維差別較小,制備過程對纖維的腐蝕不大。微觀形貌觀察結(jié)果表明,TiO_2涂層在纖維表面完整覆蓋,但超聲震蕩發(fā)現(xiàn)纖維布散開,結(jié)合力較弱。而ZrO_2涂層在纖維表面容易剝落。(2)對La_2O_3-ZrO_2復(fù)合氧化物涂層材料進(jìn)行物相分析后發(fā)現(xiàn),涂層材料經(jīng)500℃和600℃熱處理1 h后,均轉(zhuǎn)變?yōu)長a_2O_2CO_3和La_2CO_5相;而經(jīng)700℃熱處理1 h后,轉(zhuǎn)化為La_2O_3和m-ZrO_2,并有少量的t-ZrO_2;溫度升高至800℃時(shí),相組成不變,晶體衍射峰更加明晰,說明結(jié)晶性變好。纖維浸漬1次時(shí),隨著溶膠濃度的增加(2.2~6.3%),表面涂層覆蓋均勻。但濃度過高時(shí)(6.3%),涂層有少量剝落。La_2O_3-ZrO_2復(fù)合溶膠濃度為5%時(shí),在不同溫度(500、600、700、800℃)下進(jìn)行熱處理,涂層沒有開裂或脫落。增加浸漬次數(shù)至3次,500℃熱處理1 h后,涂層無明顯裂紋和脫落。(3)鑭鈦復(fù)合氧化物涂層材料分別經(jīng)500℃和600℃熱處理1 h后,均轉(zhuǎn)化為衍射峰較弱的La_2O_3相,說明La_2O_3結(jié)晶不完全。700℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)長a_2O_3和La_2Ti_2O_7相,升高到800℃后轉(zhuǎn)變?yōu)長a_2O_3、La_5Ti_5O_(17)、La_2Ti_2O_7和La_(0.66)TiO_(2.993)。纖維浸漬1次,500℃熱處理1 h后,隨著濃度的增加(1.5~5.8%),纖維表面涂層覆蓋均勻,纖維強(qiáng)度保留率在82%以上。鑭鈦復(fù)合溶膠濃度為3%時(shí),隨著熱處理溫度的升高(500~800℃),由于高溫氧化和鑭鈦復(fù)合氧化物涂層制備過程對SiC纖維的腐蝕的綜合作用,涂層纖維表面粗糙度增大,強(qiáng)度逐漸降低。在500℃熱處理時(shí),隨著保溫時(shí)間的增加(1~10 h),涂層纖維強(qiáng)度下降,經(jīng)過10 h處理后,纖維強(qiáng)度保留率為72.05%。而在600℃、700℃和800℃時(shí),隨著保溫時(shí)間的增加(1~10 h),纖維強(qiáng)度變化較小。
【圖文】：

善復(fù)合材料的性能。理想的界面層面層有助于彌補(bǔ)纖維表面缺陷、減基體裂紋擴(kuò)展到界面區(qū)域時(shí)，，界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)和阻止裂紋直接越過纖維維作為復(fù)合材料的主要承載單元，的作用。 般認(rèn)為，過強(qiáng)和過弱的有利于提高復(fù)合材料的斷裂韌性[36-合材料 般在高溫環(huán)境下服役，界化學(xué)相容性。物理相容性是指界面余應(yīng)力的作用�；瘜W(xué)相容性是指纖降低強(qiáng)度和韌性的界面化學(xué)反應(yīng)[31]復(fù)合材料在制備或使用過程會經(jīng)歷至發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者氧化氣氛的侵抑制纖維與基體之間的元素?cái)U(kuò)散或

圖 1-2 陶瓷基復(fù)合材料的界面類型[30]：(a)弱界面；(b)層狀晶體結(jié)構(gòu)界面；(c)(X-Y)n多層界面；(d)多孔界面（1）弱界面圖 1-2(a)為 種簡單的的弱界面，在纖維與基體之間起到偏轉(zhuǎn)裂紋的作用，通常這類弱界面為玻璃相界面。（2）層狀晶體結(jié)構(gòu)界面圖 1-2(b)為層狀晶體結(jié)構(gòu)的界面相，是應(yīng)用最廣泛的界面相。該界面相結(jié)構(gòu)與纖維平行而且相互之間結(jié)合力較強(qiáng)。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到此類界面相時(shí)，裂紋在界面層之間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在各層之間傳播達(dá)到增韌的目的。屬于此類界面層的有各向異性的亂層結(jié)構(gòu)熱解碳(PyC)[40]和六方氮化硼(h-BN)[41]，然而此類界面相結(jié)晶度和取向度并不是很完美，具有層狀結(jié)構(gòu)的晶體種類不多。因此，受上述因素的影響，這類層狀界面的應(yīng)用受到很大的限制。（3）(X-Y)n多層界面圖 1-2(c)為采用層狀結(jié)構(gòu)界面相的思路，在纖維上制備由不同材料交疊形成的層狀結(jié)構(gòu)界面相，這類接界面層中以與纖維直接接觸的界面層為首層，而且首層與纖維結(jié)合
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332

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本文編號：2589152