本文關(guān)鍵詞：碳纖維表面C和SiC涂層的制備及性能分析

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【摘要】：ZrB_2超高溫陶瓷擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),是具有很大應(yīng)用前景的耐高溫材料。在制備ZrB_2基陶瓷的過程中,加入SiC能夠大幅度的改善材料的強(qiáng)度和致密度等性能,然而其較低的韌性阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用。近幾十年來利用碳纖維增韌ZrB_2-SiC基復(fù)合材料一直是研究的重點(diǎn),碳纖維能夠有效的改變復(fù)合材料的斷裂模式,極大的提高材料的臨界裂紋尺寸,對(duì)材料的應(yīng)用是十分有利的。但是碳纖維與ZrB_2-SiC基陶瓷的復(fù)合同樣存在諸多問題,如碳纖維與基體的強(qiáng)界面結(jié)合不利于纖維在裂紋擴(kuò)展時(shí)發(fā)生拔出現(xiàn)象,以及在高溫復(fù)合的過程中自身的結(jié)構(gòu)變化和與基體發(fā)生反應(yīng)引起纖維的性能降低,這些都限制了碳纖維在復(fù)合材料中發(fā)揮良好的作用。為了改善這一問題,本文采用在碳纖維表面制備一層裂解碳涂層來弱化基體與纖維結(jié)合的界面,使材料在破壞過程中發(fā)生更多的纖維拔出現(xiàn)象,同時(shí)碳涂層作為中間層避免了纖維與基體的反應(yīng),最終改善材料的性能。首先分析了纖維涂層對(duì)纖維的軸向單絲拉伸強(qiáng)度、界面剪切等性能的影響。裂解碳涂層能夠有效的改善碳纖維的界面性能,極大的弱化了纖維與基體的界面結(jié)合,使復(fù)合材料的韌性得到提高。但是在研究中發(fā)現(xiàn),在利用化學(xué)氣相沉積法制備裂解碳涂層后,碳纖維的強(qiáng)度降低,并且碳纖維的強(qiáng)度隨著沉積時(shí)間的增加(涂層的厚度增加)而逐漸下降。為了解釋這一現(xiàn)象,本文利用多種測(cè)試手段,發(fā)現(xiàn)碳纖維強(qiáng)度下降一方面是由于涂層的引入帶來了更多的缺陷,另一方面是因?yàn)樵谕繉又苽溥^程中纖維經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)崽幚?使纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而影響了纖維的性能。針對(duì)材料在高溫服役過程中纖維易發(fā)生氧化損傷的問題,在制備裂解碳涂層的碳纖維表面制備一層SiC涂層,形成具有C/SiC復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)的碳纖維,致密的SiC涂層能夠阻止氧的擴(kuò)散,使材料具備良好的抗氧化特性。分別采用化學(xué)氣相沉積法和包埋法在纖維表面制備了SiC涂層,化學(xué)氣相沉積法制備的涂層均勻致密,且厚度易于控制,所以最終使用化學(xué)氣相沉積法在含有裂解碳涂層的碳纖維表面制備SiC涂層,繼而成功制備了含有C/SiC復(fù)合涂層的碳纖維。采用熱壓燒結(jié)的方法制備了ZrB_2-SiC-Cf復(fù)合材料,重點(diǎn)研究了纖維表面涂層對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)涂層能夠改變材料的斷裂模式,使材料在受到荷載時(shí)不發(fā)生脆性破壞,使碳纖維充分發(fā)揮了增韌效果,為改善超高溫陶瓷的脆性提供了新的思路。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維 C/SiC涂層 單絲拉伸 ZrB_2-SiC-Cf
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB306
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題背景及研究意義10-12
• 1.2 碳纖維表面涂層研究進(jìn)展12-22
• 1.2.1 碳纖維表面涂層的方法12-14
• 1.2.2 碳纖維表面SiC涂層的研究進(jìn)展14-17
• 1.2.3 碳纖維表面C涂層研究進(jìn)展17-20
• 1.2.4 碳纖維表面包覆C/SiC復(fù)合涂層研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2.5 碳纖維表面其他涂層的研究進(jìn)展22
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 材料的制備與實(shí)驗(yàn)方法24-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)用原材料24
• 2.1.1 碳纖維材料24
• 2.1.2 基體材料24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備24-25
• 2.3 材料分析測(cè)試方法25-29
• 2.3.1 物相分析及組織的微觀觀察25-26
• 2.3.2 力學(xué)性能測(cè)試及表征26-28
• 2.3.3 復(fù)合材料致密度測(cè)量方法28
• 2.3.4 材料熱性能測(cè)試方法28-29
• 第3章 碳纖維表面涂層的制備及性能表征29-64
• 3.1 前言29
• 3.2 碳纖維原絲的處理29-31
• 3.3 碳纖維表面碳涂層31-54
• 3.3.1 碳纖維表面碳涂層的制備與形貌分析31-34
• 3.3.2 碳纖維表面碳涂層后物相分析34
• 3.3.3 碳纖維表面碳涂層后拉曼光譜分析34-37
• 3.3.4 碳纖維涂層后單絲軸向拉伸實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.3.5 碳纖維涂層后纖維強(qiáng)度下降原因分析39-52
• 3.3.6 碳纖維表面碳涂層后界面剪切測(cè)試52-53
• 3.3.7 碳纖維表面碳涂層后抗氧化性能分析53-54
• 3.4 碳纖維表面碳化硅涂層的制備54-62
• 3.4.1 包埋法制備碳纖維表面SiC涂層55-58
• 3.4.2 化學(xué)氣相沉積法制備碳纖維表面SiC涂層58-62
• 3.5 碳纖維表面碳/碳化硅復(fù)合涂層的制備62-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第4章 纖維表面涂層對(duì)碳纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的影響64-73
• 4.1 纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的制備工藝64-65
• 4.1.1 熱壓燒結(jié)參數(shù)的制定64
• 4.1.2 纖維有關(guān)參數(shù)64-65
• 4.2 纖維表面碳涂層對(duì)碳纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的影響65-70
• 4.2.1 含碳涂層纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的力學(xué)性能分析66-68
• 4.2.2 含碳涂層纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)68-70
• 4.3 纖維表面碳/碳化硅涂層對(duì)碳纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的影響70-71
• 4.3.1 含復(fù)合涂層纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的力學(xué)性能分析70-71
• 4.3.2 含復(fù)合涂層纖維增強(qiáng)ZrB_2-SiC基復(fù)合材料的微觀形貌分析71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果82-84
• 致謝84

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本文編號(hào)：709488