碳纤维增强SiC复合材料制备工艺及性能研究
发布时间：2022-07-13 22:11
碳化硅陶瓷在力学性能方面具有高强度、高模量和良好的耐磨性,在热力学方面具有低热膨胀系数、高导热性和耐高温性能。同时,因保持了陶瓷所具有的抗氧化性、耐腐蚀性和化学稳定这些优良的性能,使碳化硅在精密轴承零部件、耐磨密封件、机械加工磨具、燃气转子、压缩气缸等方面,都具有巨大的应用潜力。另外,随着航天事业的蓬勃发展,因其高比刚度、低热变形系数,抗辐照性、良好的热稳定性和抗震性能极佳等优点,被认为是制造反射镜的新型优良材料。然而,目前由常规方法制备的Si C反射镜普遍存在精度和轻量化程度不高、断裂韧性低和应力水平高等问题。要想制备出高精度的反射镜,还需要对碳化硅复合材料的制备进行实验研究。首先是原浆料的制备,选用热固性酚醛树脂作为粘结剂,因其是常用的三大树脂中含碳量最高的;由于树脂粘度大,不易与其它原料混合,故选用乙二醇为稀释剂,它能与树脂相溶,用来稀释酚醛树脂,并作为浆料的主要溶剂;选用苯磺酰氯为树脂固化剂,苯磺酰氯是一种酸性固化剂,能使酚醛树脂在较低温度下快速固化;选用1200目和240目两种粒径的Si C粉作为浆料中的主要固相,但由于碳化硅为粉末状易于团聚,所以选用具有良好的分散性和润滑性...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 SiC陶瓷结构及烧结工艺
1.2.1 SiC陶瓷的结构
1.2.2 SiC陶瓷的烧结工艺
1.3 反应烧结SiC分类及机理
1.3.1 反应烧结SiC分类
1.3.2 反应烧结SiC机理研究
1.4 C纤维的表面处理
1.4.1 C纤维简介
1.4.2 碳纤维的表面处理技术
1.5 纤维增强SiC陶瓷
1.6 国内外文献综述简析
1.7 主要研究内容
第二章 实验原料及方法与性能表征
2.1 实验原料
2.2 制备方法
2.2.1 浆料的制备
2.2.2 固化处理
2.2.3 碳化处理
2.2.4 反应烧结
2.2.5 碳纤维涂层实验
2.2.6 腐蚀试验
2.3 性能表征方法
2.3.0 粘度测试
2.3.1 扫描电镜(SEM)
2.3.2 X射线衍射分析(RRD)
2.3.3 热重分析(TG)
2.3.4 密度
2.3.5 热膨胀系数
2.3.6 界面剪切强度
2.3.7 力学性能
第三章 SiC基复合材料素坯浆料的研究
3.1 引言
3.2 分散剂对浆料和素坯性能的影响
3.2.1 分散剂配比方案
3.2.2 分散剂含量对浆料粘度的影响
3.2.3 分散剂含量对素坯体积和密度的影响
3.2.4 分散剂含量对碳化后坯体形貌的影响
3.3 固化剂对浆料和素坯性能的影响
3.3.1 固化剂配比方案
3.3.2 固化剂含量对浆料粘度的影响
3.3.3 固化剂含量对素坯体积和密度的影响
3.3.4 固化剂含量对碳化后坯体形貌的影响
3.4 固相含量对浆料和素坯性能的影响
3.4.1 固相含量的配比方案
3.4.2 固相含量对浆料粘度的影响
3.4.3 固相含量对素坯体积和密度的影响
3.4.4 固相含量对碳化后坯体形貌的影响
3.5 SiC颗粒配比对浆料和素坯性能的影响
3.5.1 SiC颗粒配比方案
3.5.2 SiC颗粒配比对浆料粘度的影响
3.5.3 SiC颗粒配比对素坯体积和密度的影响
3.5.4 SiC颗粒配比对碳化后坯体形貌的影响
3.6 C含量对浆料和素坯性能的影响
3.6.1 C含量配比方案
3.6.2 C含量对浆料粘度的影响
3.6.3 C含量对素坯体积和密度的影响
3.6.4 C含量对碳化后坯体形貌的影响
3.7 PE/EG配比对浆料和素坯的影响
3.7.1 PE/EG配比方案
3.7.2 PE/EG配比对浆料粘度的影响
3.7.3 PE/EG配比对素坯体积和密度的影响
3.7.4 PE/EG配比对碳化后坯体形貌的影响
3.8 本章小结
第四章 SiC基复合材料碳纤维表面涂层处理
4.1 引言
4.2 不同种类氧化锆涂层的碳纤维
4.2.1 不同种类氧化锆涂层对形貌的影响
4.2.2 不同种类氧化锆的物相分析
4.2.3 不同种类氧化锆对碳纤维的热防护作用
4.3 Y-ZrO_2涂层数对碳纤维的影响
4.3.1 Y-ZrO_2涂层数对碳纤维形貌的影响
4.3.2 Y-ZrO_2涂层对纤维界面剪切强度的影响
4.4 本章小结
第五章 SiC基复合材料的性能研究
5.1 引言
5.2 碳纤维增韧SiC陶瓷
5.2.1 碳纤维对SiC复合材料物理性能的影响
5.2.2 碳纤维对SiC复合材料力学性能的影响
5.3 SiC/C配比对浆料和SiC陶瓷性能的影响
5.3.1 SiC/C配比方案
5.3.2 SiC/C配比对浆料粘度的影响
5.3.3 SiC/C配比对素坯体积和密度的影响
5.3.4 SiC/C配比对SiC陶瓷物理性能的影响
5.3.5 SiC/C配比对SiC陶瓷力学性能的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]热等静压原位合成SiC–TiC复相陶瓷的微观组织与性能研究[J]. 吕振,朱德贵,钱慧,许璐迪,胡春峰. 粉末冶金技术. 2017(03)
[2]碳纤维表面改性研究进展[J]. 杜帅,何敏,刘玉飞,李莉萍,张道海. 纺织导报. 2017(06)
[3]添加不同稳定剂制备的四方氧化锆晶型转变临界尺寸研究[J]. 赵志龙,薛群虎,赵亮,田丽萍. 人工晶体学报. 2017(03)
[4]氧化钇稳定氧化锆四方多晶陶瓷的制备工艺和性能研究[J]. 郭文荣,包金小,宋希文. 内蒙古科技大学学报. 2016(03)
[5]碳化硅纤维毡增强陶瓷基复合材料的制备与性能[J]. 许然,季涛,张博,马小民,田秀梅. 航空制造技术. 2015(S2)
[6]高固含量低粘度碳化硅陶瓷浆料的制备与性能研究[J]. 王阳阳,贾晨. 现代机械. 2015(04)
[7]SiC颗粒含量和粒径对浆料粘度的影响[J]. 解玉鹏,宫勋,郎成. 吉林化工学院学报. 2015(08)
[8]二氧化锆复合材料的性能与二氧化锆晶型的关系[J]. 黄妹琳,白凌云,向军淮,胡晓芬,胡胜华. 文理导航(下旬). 2014(09)
[9]热压烧结α-SiC陶瓷基复合材料力学性能的研究[J]. 马静梅,宋健,刘惠莲,华中,肖利,郭丽. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2014(03)
[10]TiAl金属间化合物制备技术的研究进展[J]. 陈玉勇,苏勇君,孔凡涛. 稀有金属材料与工程. 2014(03)
博士论文
[1]树脂碳源反应烧结碳化硅陶瓷凝胶注模成型机理研究[D]. 袁志勇.哈尔滨工业大学 2014
[2]碳纤维表面和界面性能研究及评价[D]. 张焕侠.东华大学 2014
[3]短纤维增强反应烧结碳化硅的制备与性能研究[D]. 李双.哈尔滨工业大学 2013
[4]反应浸渗制备连续纤维增强SiC基复合材料及其性能研究[D]. 王洪磊.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]导流叶轮熔模铸造数值模拟和工艺优化[D]. 奚磊.江苏大学 2016
[2]树脂炭源SiC素坯的制备及性能研究[D]. 徐斯斯.哈尔滨工业大学 2013
[3]纳米Al2O3、ZrO2、Y2O3单相和复相粉体的制备与表征[D]. 张永成.青岛大学 2007
[4]碳化硅复相陶瓷的制备与组织性能分析[D]. 胡路阳.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3660857
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 SiC陶瓷结构及烧结工艺
1.2.1 SiC陶瓷的结构
1.2.2 SiC陶瓷的烧结工艺
1.3 反应烧结SiC分类及机理
1.3.1 反应烧结SiC分类
1.3.2 反应烧结SiC机理研究
1.4 C纤维的表面处理
1.4.1 C纤维简介
1.4.2 碳纤维的表面处理技术
1.5 纤维增强SiC陶瓷
1.6 国内外文献综述简析
1.7 主要研究内容
第二章 实验原料及方法与性能表征
2.1 实验原料
2.2 制备方法
2.2.1 浆料的制备
2.2.2 固化处理
2.2.3 碳化处理
2.2.4 反应烧结
2.2.5 碳纤维涂层实验
2.2.6 腐蚀试验
2.3 性能表征方法
2.3.0 粘度测试
2.3.1 扫描电镜(SEM)
2.3.2 X射线衍射分析(RRD)
2.3.3 热重分析(TG)
2.3.4 密度
2.3.5 热膨胀系数
2.3.6 界面剪切强度
2.3.7 力学性能
第三章 SiC基复合材料素坯浆料的研究
3.1 引言
3.2 分散剂对浆料和素坯性能的影响
3.2.1 分散剂配比方案
3.2.2 分散剂含量对浆料粘度的影响
3.2.3 分散剂含量对素坯体积和密度的影响
3.2.4 分散剂含量对碳化后坯体形貌的影响
3.3 固化剂对浆料和素坯性能的影响
3.3.1 固化剂配比方案
3.3.2 固化剂含量对浆料粘度的影响
3.3.3 固化剂含量对素坯体积和密度的影响
3.3.4 固化剂含量对碳化后坯体形貌的影响
3.4 固相含量对浆料和素坯性能的影响
3.4.1 固相含量的配比方案
3.4.2 固相含量对浆料粘度的影响
3.4.3 固相含量对素坯体积和密度的影响
3.4.4 固相含量对碳化后坯体形貌的影响
3.5 SiC颗粒配比对浆料和素坯性能的影响
3.5.1 SiC颗粒配比方案
3.5.2 SiC颗粒配比对浆料粘度的影响
3.5.3 SiC颗粒配比对素坯体积和密度的影响
3.5.4 SiC颗粒配比对碳化后坯体形貌的影响
3.6 C含量对浆料和素坯性能的影响
3.6.1 C含量配比方案
3.6.2 C含量对浆料粘度的影响
3.6.3 C含量对素坯体积和密度的影响
3.6.4 C含量对碳化后坯体形貌的影响
3.7 PE/EG配比对浆料和素坯的影响
3.7.1 PE/EG配比方案
3.7.2 PE/EG配比对浆料粘度的影响
3.7.3 PE/EG配比对素坯体积和密度的影响
3.7.4 PE/EG配比对碳化后坯体形貌的影响
3.8 本章小结
第四章 SiC基复合材料碳纤维表面涂层处理
4.1 引言
4.2 不同种类氧化锆涂层的碳纤维
4.2.1 不同种类氧化锆涂层对形貌的影响
4.2.2 不同种类氧化锆的物相分析
4.2.3 不同种类氧化锆对碳纤维的热防护作用
4.3 Y-ZrO_2涂层数对碳纤维的影响
4.3.1 Y-ZrO_2涂层数对碳纤维形貌的影响
4.3.2 Y-ZrO_2涂层对纤维界面剪切强度的影响
4.4 本章小结
第五章 SiC基复合材料的性能研究
5.1 引言
5.2 碳纤维增韧SiC陶瓷
5.2.1 碳纤维对SiC复合材料物理性能的影响
5.2.2 碳纤维对SiC复合材料力学性能的影响
5.3 SiC/C配比对浆料和SiC陶瓷性能的影响
5.3.1 SiC/C配比方案
5.3.2 SiC/C配比对浆料粘度的影响
5.3.3 SiC/C配比对素坯体积和密度的影响
5.3.4 SiC/C配比对SiC陶瓷物理性能的影响
5.3.5 SiC/C配比对SiC陶瓷力学性能的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]热等静压原位合成SiC–TiC复相陶瓷的微观组织与性能研究[J]. 吕振,朱德贵,钱慧,许璐迪,胡春峰. 粉末冶金技术. 2017(03)
[2]碳纤维表面改性研究进展[J]. 杜帅,何敏,刘玉飞,李莉萍,张道海. 纺织导报. 2017(06)
[3]添加不同稳定剂制备的四方氧化锆晶型转变临界尺寸研究[J]. 赵志龙,薛群虎,赵亮,田丽萍. 人工晶体学报. 2017(03)
[4]氧化钇稳定氧化锆四方多晶陶瓷的制备工艺和性能研究[J]. 郭文荣,包金小,宋希文. 内蒙古科技大学学报. 2016(03)
[5]碳化硅纤维毡增强陶瓷基复合材料的制备与性能[J]. 许然,季涛,张博,马小民,田秀梅. 航空制造技术. 2015(S2)
[6]高固含量低粘度碳化硅陶瓷浆料的制备与性能研究[J]. 王阳阳,贾晨. 现代机械. 2015(04)
[7]SiC颗粒含量和粒径对浆料粘度的影响[J]. 解玉鹏,宫勋,郎成. 吉林化工学院学报. 2015(08)
[8]二氧化锆复合材料的性能与二氧化锆晶型的关系[J]. 黄妹琳,白凌云,向军淮,胡晓芬,胡胜华. 文理导航(下旬). 2014(09)
[9]热压烧结α-SiC陶瓷基复合材料力学性能的研究[J]. 马静梅,宋健,刘惠莲,华中,肖利,郭丽. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2014(03)
[10]TiAl金属间化合物制备技术的研究进展[J]. 陈玉勇,苏勇君,孔凡涛. 稀有金属材料与工程. 2014(03)
博士论文
[1]树脂碳源反应烧结碳化硅陶瓷凝胶注模成型机理研究[D]. 袁志勇.哈尔滨工业大学 2014
[2]碳纤维表面和界面性能研究及评价[D]. 张焕侠.东华大学 2014
[3]短纤维增强反应烧结碳化硅的制备与性能研究[D]. 李双.哈尔滨工业大学 2013
[4]反应浸渗制备连续纤维增强SiC基复合材料及其性能研究[D]. 王洪磊.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]导流叶轮熔模铸造数值模拟和工艺优化[D]. 奚磊.江苏大学 2016
[2]树脂炭源SiC素坯的制备及性能研究[D]. 徐斯斯.哈尔滨工业大学 2013
[3]纳米Al2O3、ZrO2、Y2O3单相和复相粉体的制备与表征[D]. 张永成.青岛大学 2007
[4]碳化硅复相陶瓷的制备与组织性能分析[D]. 胡路阳.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3660857
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