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碳化硅纤维及其复合材料的制备与性能研究

发布时间:2020-12-17 08:00
  由于碳化硅材料独特的物理化学性质,使其具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化、高弹性模量、高硬度和高温强度等优良性能,近几年受到了广泛的关注。特别是一维碳化硅纤维,由于其两个维度均处于微纳米级别,凭借其高热导率、高化学稳定性、耐氧化、以及特别的光电学等优异性能,在纳米电子器件、光子器件、压力传感器、能量存储和转换等相关领域有着重要的科学及工业应用价值。本文通过理论设计实现高效能制备碳化硅纤维工艺,并从一维碳化硅纳米材料的形貌合成工艺控制着手,获得了具有一系列特殊形貌的一维碳化硅纳米材料,并探究了在合成过程中材料结构变化的生长机理,进而深入研究了不同形貌的一维碳化硅纤维材料的内部结构与其性能之间的构效关系。在此基础上,对一维碳化硅纤维复合材料制备机理及应用进行了拓展性研究,为一维碳化硅纳米材料及其复合材料在实际领域的应用提供了较全面的理论与实验依据。论文的研究包括化学气相沉积法制备一维碳化硅纤维,冷冻干燥法获得碳化硅纤维复合气凝胶,溶剂热法合成导热增强型SA/多孔碳球/SiC纤维复合相变材料及其在压力传感器与储能方向的应用,主要为:(1)为实现较大规模的一维碳化硅纤维的生产,本文用硅粉和一维碳材料作为... 

【文章来源】:北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:132 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

碳化硅纤维及其复合材料的制备与性能研究


图2-1?SiC材料的原子结构示意

碳化硅纤维及其复合材料的制备与性能研究


图121??Fig.?2-1?Atomic?structure?of?SiC:?(a)?tetrahedrally?bonded?Si-C4?cluster,?(b)?hexagonal?bilayer??

示意图,晶体结构,碳化硅


?北京科技大学博士学位论文???a)?3C-SiC?b)?4H-SiC?c)?6H-SiC??減:龜翻??图2-2常见的三种SiC晶体结构示意图121??Fig.?2-2?Crystal?structure?of?different?SiC?polytypes?displayed?parallel?to?the?(1120)?plane:?(a)?zinc??blende?structure?(cubic?3C-SiC),?(b)?hexagonal?4H-SiC?and?(c)?hexagonal?6H-SiC.[21??从本质上来讲,碳化硅晶体的结构存在很强的共价键与很高的Si-C键能,??从而使得碳化硅材料具备高模量值、高硬度和高比强度的特性。碳化硅材料??的化学性质稳定,如耐酸碱腐蚀与强抗氧化能力,尤其当材料处于高温氧化??气氛时,碳化硅表面很容易形成Si02薄层结构,阻止氧原子与碳化硅表面接??触,防止材料进一步氧化。碳化硅材料还具有优异的高温热稳定性及抗辐射??能力强等特点,是一种综合性能优异的先进结构材料。此外SiC材料具有较??高热导性、高耐击穿临界电压、大电子饱和迁移率等以系列特点,其作为一??种宽禁带半导体的材料,能够适用于高温、高辐射等极端复杂环境条件使用,??最终能够在电学,力学与热学等相关领域具有广阔的工业市场应用前景。??2.1.2碳化硅纳米材料的性能??2.1.2.1机械力学性??SiC材料作为碳和硅元素仅有稳定的化合物,其机械莫氏硬度达9级,??相对密度为3.17-3.47,弹性模量达到460-480?GPa,初始为人们所熟知是其??高硬度和优异的耐磨性等应用特性[4]。在实际

【参考文献】:
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硕士论文
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本文编号:2921698

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