SiC具有高導(dǎo)熱性、化學(xué)惰性以及室溫和高溫下良好的機(jī)械性能,但是SiC陶瓷固有的脆性,使得其具有斷裂韌性低、沖擊阻力低等弱點(diǎn),因此限制了其在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。本文通過在SiC基體中引入第二相來提高材料的強(qiáng)度,分別制備了納米顆粒增韌SiC陶瓷和碳纖維（C_f）增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料,并對(duì)材料進(jìn)行微觀形貌表征和力學(xué)性能研究。首先制備了納米顆粒增強(qiáng)SiC陶瓷材料,以α-SiC為原料,納米β-SiC為增強(qiáng)相,利用高溫下β-α晶型的轉(zhuǎn)化,分別采用無壓固相燒結(jié)和無壓液相燒結(jié)方法制備納米顆粒增強(qiáng)SiC陶瓷材料。其中以酚醛樹脂和B₄C作燒結(jié)助劑制備的SiC陶瓷材料,在β-SiC含量為10mass%時(shí),制備的SiC陶瓷材料密度為3.058 g/cm³,抗彎強(qiáng)度338 MPa。材料的斷裂模式為穿晶斷裂和沿晶斷裂的混合斷裂模式,這種斷裂模式會(huì)在裂紋沿晶界擴(kuò)展時(shí)產(chǎn)生阻力,提高了材料的強(qiáng)度。其次使用化學(xué)氣相滲透法制備了C_f/SiC復(fù)合材料,該材料密度為2.178g/cm³,常溫下抗彎強(qiáng)度達(dá)到480 MPa,與納... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

SiC四面體結(jié)合取向[14]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文等人[26]研究了 1vol％的納米 SiC 顆粒增強(qiáng)的 Mg-2.7Al-0.8Zn 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)演變和斷裂行為，研究結(jié)果表明，球形納米 SiC 粒子的引入阻礙了微裂紋的擴(kuò)散，改變了裂紋的擴(kuò)散方向，從而提高了材料的整體性能。(3) 自增強(qiáng) SiC 復(fù)合材料SiC 具有許多不同的晶體結(jié)構(gòu)，其中以 α-SiC 和 β-SiC 最常見，在 1600 ℃時(shí)，β-SiC 發(fā)生相變轉(zhuǎn)化為 α-SiC，在相變的過程中，立方 β-SiC 相沉積在 α-SiC 上并發(fā)生相變，發(fā)生 溶解再沉積 的過程，在這個(gè)過程中，β-SiC 吞噬 α-SiC 后晶向生長(zhǎng)定向化，形成 核-殼 結(jié)構(gòu)，生成了長(zhǎng)徑比大的晶體，起到了增韌的作用[15]。Yang 等人[27]研究了不同 β-SiC 摻雜量對(duì)無壓燒結(jié) α-SiC 陶瓷性能的影響。研究結(jié)果表明，β-SiC 在燒結(jié)過程中全部轉(zhuǎn)化為 6H α-SiC，β-SiC 的加入使材料在斷裂模式由穿晶斷裂模式變?yōu)檠鼐?穿晶混合斷裂模式，在裂紋產(chǎn)生的過程中，晶界對(duì)其擴(kuò)展起到了阻礙，提高了力學(xué)性能，使材料的硬度和斷裂韌性分別高達(dá) 18.04GPa 和 4.51 MPa·m1/2,陶瓷斷口形貌如圖 1-2 所示[27]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，可能發(fā)生轉(zhuǎn)向，增加了裂紋擴(kuò)展的路徑。裂紋形成并進(jìn)一步擴(kuò)展后，其尖端尾部將形成一個(gè)由纖維形成的橋接區(qū)。橋接的纖維對(duì)基體會(huì)產(chǎn)生使裂紋閉合的，使得裂紋在擴(kuò)展中需要消耗更多的能量，起到了增韌的作用，稱之為纖維的連效應(yīng)，如圖 1-3 所示[19]。纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能取決于所用的陶瓷體和纖維的本性、兩者的化學(xué)和物理相容性、兩者的結(jié)合強(qiáng)度等因素。結(jié)合強(qiáng)適當(dāng)?shù)睦w維與陶瓷基體，在斷裂的過程中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到纖維時(shí)，由于應(yīng)力集導(dǎo)致纖維與基體之間的界面發(fā)生解離，在進(jìn)一步應(yīng)力作用下將導(dǎo)致纖維斷裂。維的斷頭從基體中拔出需要吸收能量，同時(shí)纖維的拔出會(huì)使得裂紋尖端的應(yīng)力生松弛，降低了裂紋擴(kuò)展的速度，這個(gè)效應(yīng)稱之為纖維的拔出效應(yīng)，如圖 1-4示[19]。纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增韌效果主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1) 增強(qiáng)體維承受了大量的外加載荷從而提高了裂紋擴(kuò)展的門檻值；(2) 纖維在裂紋尖端部形成了橋接區(qū)，對(duì)裂紋尖端產(chǎn)生了屏蔽作用；(3) 纖維的被拔出需要消耗能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3209036