SiC基复合材料的制备及其高温力学性能研究
发布时间：2021-05-31 21:57
SiC具有高导热性、化学惰性以及室温和高温下良好的机械性能,但是SiC陶瓷固有的脆性,使得其具有断裂韧性低、冲击阻力低等弱点,因此限制了其在众多领域的应用。本文通过在SiC基体中引入第二相来提高材料的强度,分别制备了纳米颗粒增韧SiC陶瓷和碳纤维（Cf）增强碳化硅复合材料,并对材料进行微观形貌表征和力学性能研究。首先制备了纳米颗粒增强SiC陶瓷材料,以α-SiC为原料,纳米β-SiC为增强相,利用高温下β-α晶型的转化,分别采用无压固相烧结和无压液相烧结方法制备纳米颗粒增强SiC陶瓷材料。其中以酚醛树脂和B4C作烧结助剂制备的SiC陶瓷材料,在β-SiC含量为10mass%时,制备的SiC陶瓷材料密度为3.058 g/cm3,抗弯强度338 MPa。材料的断裂模式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂模式,这种断裂模式会在裂纹沿晶界扩展时产生阻力,提高了材料的强度。其次使用化学气相渗透法制备了Cf/SiC复合材料,该材料密度为2.178g/cm3,常温下抗弯强度达到480 MPa,与纳...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC四面体结合取向[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文等人[26]研究了 1vol％的纳米 SiC 颗粒增强的 Mg-2.7Al-0.8Zn 复合材料的微观结构演变和断裂行为，研究结果表明，球形纳米 SiC 粒子的引入阻碍了微裂纹的扩散，改变了裂纹的扩散方向，从而提高了材料的整体性能。(3) 自增强 SiC 复合材料SiC 具有许多不同的晶体结构，其中以 α-SiC 和 β-SiC 最常见，在 1600 ℃时，β-SiC 发生相变转化为 α-SiC，在相变的过程中，立方 β-SiC 相沉积在 α-SiC 上并发生相变，发生 溶解再沉积 的过程，在这个过程中，β-SiC 吞噬 α-SiC 后晶向生长定向化，形成 核-壳 结构，生成了长径比大的晶体，起到了增韧的作用[15]。Yang 等人[27]研究了不同 β-SiC 掺杂量对无压烧结 α-SiC 陶瓷性能的影响。研究结果表明，β-SiC 在烧结过程中全部转化为 6H α-SiC，β-SiC 的加入使材料在断裂模式由穿晶断裂模式变为沿晶/穿晶混合断裂模式，在裂纹产生的过程中，晶界对其扩展起到了阻碍，提高了力学性能，使材料的硬度和断裂韧性分别高达 18.04GPa 和 4.51 MPa·m1/2,陶瓷断口形貌如图 1-2 所示[27]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文，可能发生转向，增加了裂纹扩展的路径。裂纹形成并进一步扩展后，其尖端尾部将形成一个由纤维形成的桥接区。桥接的纤维对基体会产生使裂纹闭合的，使得裂纹在扩展中需要消耗更多的能量，起到了增韧的作用，称之为纤维的连效应，如图 1-3 所示[19]。纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于所用的陶瓷体和纤维的本性、两者的化学和物理相容性、两者的结合强度等因素。结合强适当的纤维与陶瓷基体，在断裂的过程中，当裂纹扩展到纤维时，由于应力集导致纤维与基体之间的界面发生解离，在进一步应力作用下将导致纤维断裂。维的断头从基体中拔出需要吸收能量，同时纤维的拔出会使得裂纹尖端的应力生松弛，降低了裂纹扩展的速度，这个效应称之为纤维的拔出效应，如图 1-4示[19]。纤维增强陶瓷基复合材料的增韧效果主要表现在三个方面：(1) 增强体维承受了大量的外加载荷从而提高了裂纹扩展的门槛值；(2) 纤维在裂纹尖端部形成了桥接区，对裂纹尖端产生了屏蔽作用；(3) 纤维的被拔出需要消耗能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅增强氮化硅陶瓷复合材料的制备与表征[J]. 钟晶,李长生,李剑锋,华国民. 轴承. 2019(01)
[2]SiC颗粒级配对SiCp/Al复合材料微观结构和性能的影响[J]. 王武杰,洪雨,刘家琴,吴玉程. 中国有色金属学报. 2018(12)
[3]纳米SiC颗粒增强反应结合碳化硼陶瓷复合材料的研究[J]. 张翠萍,茹红强,朱景辉,王晓阳,吴艳泽,宗辉,张鑫,姜岩,叶超超,常龙飞. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
[4]SiC晶须含量对镁基复合材料性能影响的研究[J]. 邱慧,班新星,刘建秀. 粉末冶金工业. 2016(03)
[5]添加β-SiC对固相烧结α-SiC陶瓷性能的影响[J]. 杨新领,郑奔,李志强,郑浦. 科技资讯. 2016(02)
[6]2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究[J]. 牛学宝,张程煜,乔生儒,韩栋,李玫. 航空材料学报. 2011(06)
[7]预疲劳对3D-C/SiC复合材料拉伸性能的影响[J]. 杜双明. 西安科技大学学报. 2009(01)
[8]SiC复相陶瓷的强化增韧趋势[J]. 熊昆,徐光亮,李冬梅. 稀有金属. 2008(01)
[9]连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨[J]. 张立同,成来飞. 复合材料学报. 2007(02)
[10]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
硕士论文
[1]碳化硅的常压烧结及其熔盐侵蚀行为[D]. 李柏顺.东北大学 2009
[2]3D C/SiC复合材料氧化机理分析及氧化动力学模型[D]. 魏玺.西北工业大学 2004
本文编号：3209036
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC四面体结合取向[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文等人[26]研究了 1vol％的纳米 SiC 颗粒增强的 Mg-2.7Al-0.8Zn 复合材料的微观结构演变和断裂行为，研究结果表明，球形纳米 SiC 粒子的引入阻碍了微裂纹的扩散，改变了裂纹的扩散方向，从而提高了材料的整体性能。(3) 自增强 SiC 复合材料SiC 具有许多不同的晶体结构，其中以 α-SiC 和 β-SiC 最常见，在 1600 ℃时，β-SiC 发生相变转化为 α-SiC，在相变的过程中，立方 β-SiC 相沉积在 α-SiC 上并发生相变，发生 溶解再沉积 的过程，在这个过程中，β-SiC 吞噬 α-SiC 后晶向生长定向化，形成 核-壳 结构，生成了长径比大的晶体，起到了增韧的作用[15]。Yang 等人[27]研究了不同 β-SiC 掺杂量对无压烧结 α-SiC 陶瓷性能的影响。研究结果表明，β-SiC 在烧结过程中全部转化为 6H α-SiC，β-SiC 的加入使材料在断裂模式由穿晶断裂模式变为沿晶/穿晶混合断裂模式，在裂纹产生的过程中，晶界对其扩展起到了阻碍，提高了力学性能，使材料的硬度和断裂韧性分别高达 18.04GPa 和 4.51 MPa·m1/2,陶瓷断口形貌如图 1-2 所示[27]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文，可能发生转向，增加了裂纹扩展的路径。裂纹形成并进一步扩展后，其尖端尾部将形成一个由纤维形成的桥接区。桥接的纤维对基体会产生使裂纹闭合的，使得裂纹在扩展中需要消耗更多的能量，起到了增韧的作用，称之为纤维的连效应，如图 1-3 所示[19]。纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于所用的陶瓷体和纤维的本性、两者的化学和物理相容性、两者的结合强度等因素。结合强适当的纤维与陶瓷基体，在断裂的过程中，当裂纹扩展到纤维时，由于应力集导致纤维与基体之间的界面发生解离，在进一步应力作用下将导致纤维断裂。维的断头从基体中拔出需要吸收能量，同时纤维的拔出会使得裂纹尖端的应力生松弛，降低了裂纹扩展的速度，这个效应称之为纤维的拔出效应，如图 1-4示[19]。纤维增强陶瓷基复合材料的增韧效果主要表现在三个方面：(1) 增强体维承受了大量的外加载荷从而提高了裂纹扩展的门槛值；(2) 纤维在裂纹尖端部形成了桥接区，对裂纹尖端产生了屏蔽作用；(3) 纤维的被拔出需要消耗能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅增强氮化硅陶瓷复合材料的制备与表征[J]. 钟晶,李长生,李剑锋,华国民. 轴承. 2019(01)
[2]SiC颗粒级配对SiCp/Al复合材料微观结构和性能的影响[J]. 王武杰,洪雨,刘家琴,吴玉程. 中国有色金属学报. 2018(12)
[3]纳米SiC颗粒增强反应结合碳化硼陶瓷复合材料的研究[J]. 张翠萍,茹红强,朱景辉,王晓阳,吴艳泽,宗辉,张鑫,姜岩,叶超超,常龙飞. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
[4]SiC晶须含量对镁基复合材料性能影响的研究[J]. 邱慧,班新星,刘建秀. 粉末冶金工业. 2016(03)
[5]添加β-SiC对固相烧结α-SiC陶瓷性能的影响[J]. 杨新领,郑奔,李志强,郑浦. 科技资讯. 2016(02)
[6]2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究[J]. 牛学宝,张程煜,乔生儒,韩栋,李玫. 航空材料学报. 2011(06)
[7]预疲劳对3D-C/SiC复合材料拉伸性能的影响[J]. 杜双明. 西安科技大学学报. 2009(01)
[8]SiC复相陶瓷的强化增韧趋势[J]. 熊昆,徐光亮,李冬梅. 稀有金属. 2008(01)
[9]连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨[J]. 张立同,成来飞. 复合材料学报. 2007(02)
[10]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
硕士论文
[1]碳化硅的常压烧结及其熔盐侵蚀行为[D]. 李柏顺.东北大学 2009
[2]3D C/SiC复合材料氧化机理分析及氧化动力学模型[D]. 魏玺.西北工业大学 2004
本文编号：3209036
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3209036.html
