SiC具有高導熱性、化學惰性以及室溫和高溫下良好的機械性能,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,因此限制了其在眾多領(lǐng)域的應用。本文通過在SiC基體中引入第二相來提高材料的強度,分別制備了納米顆粒增韌SiC陶瓷和碳纖維（C_f）增強碳化硅復合材料,并對材料進行微觀形貌表征和力學性能研究。首先制備了納米顆粒增強SiC陶瓷材料,以α-SiC為原料,納米β-SiC為增強相,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,制備的SiC陶瓷材料密度為3.058 g/cm³,抗彎強度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,這種斷裂模式會在裂紋沿晶界擴展時產(chǎn)生阻力,提高了材料的強度。其次使用化學氣相滲透法制備了C_f/SiC復合材料,該材料密度為2.178g/cm³,常溫下抗彎強度達到480 MPa,與納... 

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

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SiC四面體結(jié)合取向[14]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文等人[26]研究了 1vol％的納米 SiC 顆粒增強的 Mg-2.7Al-0.8Zn 復合材料的微觀結(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散，改變了裂紋的擴散方向，從而提高了材料的整體性能。(3) 自增強 SiC 復合材料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，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，在這個過程中，β-SiC 吞噬 α-SiC 后晶向生長定向化，形成 核-殼 結(jié)構(gòu)，生成了長徑比大的晶體，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，晶界對其擴展起到了阻礙，提高了力學性能，使材料的硬度和斷裂韌性分別高達 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)大學工學碩士學位論文，可能發(fā)生轉(zhuǎn)向，增加了裂紋擴展的路徑。裂紋形成并進一步擴展后，其尖端尾部將形成一個由纖維形成的橋接區(qū)。橋接的纖維對基體會產(chǎn)生使裂紋閉合的，使得裂紋在擴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，如圖 1-3 所示[19]。纖維增強陶瓷基復合材料的性能取決于所用的陶瓷體和纖維的本性、兩者的化學和物理相容性、兩者的結(jié)合強度等因素。結(jié)合強適當?shù)睦w維與陶瓷基體，在斷裂的過程中，當裂紋擴展到纖維時，由于應力集導致纖維與基體之間的界面發(fā)生解離，在進一步應力作用下將導致纖維斷裂。維的斷頭從基體中拔出需要吸收能量，同時纖維的拔出會使得裂紋尖端的應力生松弛，降低了裂紋擴展的速度，這個效應稱之為纖維的拔出效應，如圖 1-4示[19]。纖維增強陶瓷基復合材料的增韌效果主要表現(xiàn)在三個方面：(1) 增強體維承受了大量的外加載荷從而提高了裂紋擴展的門檻值；(2) 纖維在裂紋尖端部形成了橋接區(qū)，對裂紋尖端產(chǎn)生了屏蔽作用；(3) 纖維的被拔出需要消耗能。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳化硅增強氮化硅陶瓷復合材料的制備與表征[J]. 鐘晶,李長生,李劍鋒,華國民.  軸承. 2019(01)
[2]SiC顆粒級配對SiCp/Al復合材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響[J]. 王武杰,洪雨,劉家琴,吳玉程.  中國有色金屬學報. 2018(12)
[3]納米SiC顆粒增強反應結(jié)合碳化硼陶瓷復合材料的研究[J]. 張翠萍,茹紅強,朱景輝,王曉陽,吳艷澤,宗輝,張鑫,姜巖,葉超超,常龍飛.  稀有金屬材料與工程. 2018(S1)
[4]SiC晶須含量對鎂基復合材料性能影響的研究[J]. 邱慧,班新星,劉建秀.  粉末冶金工業(yè). 2016(03)
[5]添加β-SiC對固相燒結(jié)α-SiC陶瓷性能的影響[J]. 楊新領(lǐng),鄭奔,李志強,鄭浦.  科技資訊. 2016(02)
[6]2D-C/SiC復合材料在空氣中的高溫壓縮強度研究[J]. 牛學寶,張程煜,喬生儒,韓棟,李玫.  航空材料學報. 2011(06)
[7]預疲勞對3D-C/SiC復合材料拉伸性能的影響[J]. 杜雙明.  西安科技大學學報. 2009(01)
[8]SiC復相陶瓷的強化增韌趨勢[J]. 熊昆,徐光亮,李冬梅.  稀有金屬. 2008(01)
[9]連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J]. 張立同,成來飛.  復合材料學報. 2007(02)
[10]先進復合材料與航空航天[J]. 杜善義.  復合材料學報. 2007(01)

碩士論文
[1]碳化硅的常壓燒結(jié)及其熔鹽侵蝕行為[D]. 李柏順.東北大學 2009
[2]3D C/SiC復合材料氧化機理分析及氧化動力學模型[D]. 魏璽.西北工業(yè)大學 2004



本文編號：3209036