增强相表面改性提高陶瓷基复合材料性能研究

《增强相表面改性提高陶瓷基复合材料性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东北大学博士学位论文增强相表面改性提高陶瓷基复合材料性能研究摘要通过对碳纤维、不锈钢纤维、铁粉的表面化学镀改性，再与莫来石等氧化物基陶瓷材料复合，成功地制备了表面改性第二相增强氧化物陶瓷基复合材料，使这些材料的强度和韧性有较大幅度的提高。采用扫描电镜分析(sEM)、x射线衍射分析(XRD)、能谱分析、粒度分析、密度分析等技术和手段，系统地研究了表面改性第二相对基体的增韧补强技术。探讨了表面改性笫二相对性能的影响规律和强韧化机理。采用化学镀方法对碳纤维、不锈钢纤维和铁粉进行了表面改性处理。不锈钢纤维表面化学镀镍的最佳工艺为：镀

2、液pH值为4．8，温度为86℃，镀速约为12um／h。镀镍层表面光亮、完整、致密、耐蚀性好，与基体结合紧密。碳纤维表面化学镀镍时，镀速约为10um／h，施镀时间为5～8min，镀层厚度为0．8～1．3pm。碳纤维表面化学镀铜时，镀速约为8um／h，镀液很稳定。箍镀时间为6～10min，镀层厚度为O-8um～1．3um。碳纤维对莫来石、钛酸铝、镁铝尖晶石和堇青石陶瓷具有明显的增韧补强作用，对四种陶瓷增韧补强效果最有利的碳纤维体积含量分别为10％、5％～10％、5％和5％～15％。铜镍复合镀碳纤维由于既能起到保护碳纤维的作用又能

3、保证碳纤维、镀层、基体之间良好的界面特性，因此其增韧补强效果显著提高，四种陶瓷抗弯强度提高的幅度分别为2'3倍、3．3倍、2．2倍和3．5倍，前三种陶瓷断裂韧性提高的幅度分别为3．0倍、2．4倍、2．8倍。研究发现，以氧化铝、锆英石、氟化铝等为主要原料，采用原位反应合成法可以制备自生莫来石晶须增强氧化铝基陶瓷材料。粉料粒度、烧结温度和密封对自生莫来石晶须有重要影响。只有在密封条件下，温度超过1400。C时才能自生出莫来石晶须，晶须呈圆针状，直径为O．2～1．Ou1"11，长径比为8～30。自生莫来石晶须具有显著的增韧补强和提

4、高抗热震性的作用，可佼材料的抗弯强度提高约43％，断裂韧性提高约80％，临界热震温差提高约400℃。不锈钢纤维及其表面化学镀镍均对不定形耐火材料有明显的强韧化效果，且使材料的线变化率减小，抗热震性提高。材料的抗弯强度、抗压强度和韧性分别东北走学博士学位论叉摘要提高3．5倍、1．1倍和51．5倍。强韧化机理一方面是在不锈铜纤维中形成弥散镍磷合金沉淀相强化了纤维；另一方面是材料断裂时不锈钢纤维可以通过塑性变形消耗外来能量，镍与A1203发生界面反应形成少量尖晶石相强化了界面结合，进一步促进了塑性变形能量消耗。研究发现，用镀镍铁粉

5、制造金属陶瓷材料具有较明显的强韧化效果，热处理可进一步强化。其抗弯强度、抗压强度和韧性可达19MPa、92MPa和2535J／mz。孔隙率为38％～40％，透气系数为6～8cm3／cm2．sec。镀镍铁粉通过生成新相，改变界面润湿性提高复合材料的强度和韧性。关键词表面改性增强相陶瓷基复合材料化学镀碳纤维强韧化一至!!奎茎堡主堂堡堕查垒!坐型ImprovementofPropertiesofCeramicMatrixCompositesbySurfaceModificationofReinforcementAbstractOx

6、ideceramicbasedcompositematerialswithimprovedstrengthandtoughnesshavebeenpreparedsuccessfullybyelectronlesssurfacemodificationofreinforcements(carbonfiber,stainlesssteelfiberandironpower)．Mechanismofstrengtheningandtougheningoftheceramicmatrixcompositesbysurfacemod

7、ificationofreinforcementshavebeeninvestigatedsystematicallyusingscanningelectronmicroscopy(SEM)，X-raydiffraction(XRD)，energydispersespectroscopy,particlesizeanalysis，anddensityanalysis．nlereinforcements(carbonfiber,stainlesssteelfiberandironpowder)weresurfacemodifi

8、edbyelectrolessplating．Theoptimalscheduleofelectrolessplatingforthestainlesssteelfiberis：pHvalueofplatingfluidis4．8，platingtemperatureis86"C，andp