热压温度对C-SiC-B4C复合材料性能的影响.pdf

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1、第卷第期年月材料研究学报认热压温度对一一复合材料性能的影响喻亮茄红强蔡继东左良东北大学材料各向异性与织构过程教育部重点实验室 沈阳摘要用热压烧结法制备一一复合材料,研究了热压温度对其显微组织和力学性能的影响结果表明,材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而提高在烧结的复合材料综合力学性能最佳,其体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到“、和随着热压温度的提高,材料的组织经历了陶瓷相长大、相变薄、相和逐渐致密化等过程利用鳞片石墨馆易在压力下滑动在陶瓷基体上形成馆条状组织的特性,实现了材料的显微组织设计碳陶复合材料的界面结合状态改善、龟条状结构和龟与陶瓷相的热膨胀不匹配是材料力

2、学性能提高的主要原因关键词复合材料,一一,鳞片石墨,热压温度,显微组织,力学性能分类号,文章编号一一一一。,二印。云,。二亡八,械二乞亡印血艺。,艺二咖云。乞亡,。,叼哪,公,一一电,一一你,卜,龟,日,龟卜,一一,碳材料具有抗热震性强,润滑好等优点,陶瓷具有耐磨损,抗氧化性强,硬度高等优点,综合了碳和陶国家高技术研究发展计划和国家自然科学基金资助项目年月日收到初稿年月日收到修改稿本文联系人茹红强,教授瓷优点的碳陶材料在航空航天领域得到了广泛应用碳陶材料可分为一、一、一、和一等碳与单组分陶瓷的复合,和一一一、一一,以及一一等碳与多组份陶瓷的复合后者已成为新型碳陶复合材料的发展趋势,其中一一因在

3、高于时具有优良的抗氧化性而倍受重视一材料研究学报卷和凡等“,分别以纳米和石油焦、煤焦沥青为原料制备出碳陶复合材料,并研究其抗氧化性文献【一研究了不同种类碳材料和添加剂及烧结温度对一一复合材料组织和性能的影响周声肋和胡晓凯等制备无烧结粘结剂的碳陶材料,以石油焦,炭黑,碳纤维为主要碳源且的质量分数大于,研究其抗氧化性鳞片石墨馆一般为单晶,易滑动,虽然烧结性较差,但具有比石油焦等更佳的力学性能数值模拟结果表明,以龟为碳源可以制备出力学性能和高温抗热蚀性能均优异的碳陶复合材料“利用原料自身的特点制备新型材料,具有成本低和合成工艺简单等优点本文以兔为碳源,热压烧结制备一一复合材料,研究热压温度对复合材料

4、的组织和力学性能的影响一一甲。百一一一一。一一一。,已一一一,。上上上丈丈产,。,。,二二一一一图于热压试样的射线衍射图实验方法,住界、者日门,。洲一。艺田实验用原料 鳞片石墨“,毗。一拼,一含量高于,。拼,含量高于,。拼,纯度高于,“,毗。拼,以酚醛树脂为成形粘结剂将龟、和质量分数经球磨混合后在烘干,然后过筛目,、造粒使用型真空热压炉将造粒原料在压力下热压成形,石墨模具的直径为,真空度为,压力为,烧结温度为一,烧结时间为,升温速率为,用型双比色测温仪测温范围一,分辨率,重复精度士严格控制热压温度用金刚石锯片将热压样品切割成尺寸为的试样,抛光、清洗和烘干后进行显微组织分析和性能测试采用原理测定

5、试样的体积密度和开口气孔率用三点弯曲法测量抗折强度跨距为,加载速率用单边切口梁法测试断裂韧性,跨距为,加载速率,测量实验设备均为一型液压式万能试验机用一型射线衍射仪分析材料物相用一型扫描电镜观察试样的显微形貌,并用进行微区成分分析用激光共聚焦显微镜观察试样的断裂特征一一口一月一日一“图热压温度对试样体积密度和气孔率的影响结果与讨论图为一热压材料的射线衍射图由图可知,在热压后,材料中存在、和四相,说明原料中的完全与反应形成了热压温度由升高到,没有出现新的衍射峰图表明,提高热压温度使材料体积密度增加和气孔率降低,热压温度为材料的体积密度为”,气孔率为由图可见,提高热压温度使材料的抗折强度和断裂韧性

6、均提高其原因是提高热压温度促进了材料的致密化,添加剂与原位反应合成的对改善材料的力学性能也有一定的作用 材料的力学性能与其体积密度之间有很好的对应关系热压温度为,材料的抗折强度达到,断裂韧性达到,其中抗折强度比使用石油焦制备的材料提高了,比用炭黑制备的材料提高了图为不同热压 温度制备的材料沿垂直于热压方 向显微组织的二次电子像和背散射电子像,图为对图中两种不同形态相和区进行期喻 亮等热压温度对一一复合材料性能的影响图热压温度对试样抗折强度和断裂韧性的影响的分析 根据高原子序数元素集中的区域其背散射电子像亮度大的原理和图的分析结果可知,图中灰黑色组织为龟的集中区,灰白色组织为、混合的陶瓷相集中区

7、,复合材料的显微组织主要为在陶瓷基体上分布着条状的馆,条状的龟主要与热压方向垂直,大部分呈层状的龟镶嵌在混合陶瓷相之间,有的龟之间也包含着少量陶瓷相随着热压温度的提高,龟之间的挤压使陶瓷相颗粒滑出髦并促使馆择优取向形成条状,另一方面龟之间的颗粒也可能分解,分解出的和原子扩散到龟外并在陶瓷相上重新反应生成由此可见,随着热压温度的提高,陶瓷相逐渐致密化、相逐渐变薄和择优取向这是材料的体积密度和力学性能逐渐提高的主要原因尤其是相形成了择优取向的条状分布,与利用石油焦,煤焦沥青和炭黑等原料制备的材料形成的颗粒相相比陈”一,对于提高材料的力学性能更有利因此利用龟易在压力下滑动的特点,可实现材料的显微组织

8、设计在热压时相和陶瓷相均比较疏松,碳陶界面结合不紧密,存在着宽度约为拼的微裂纹 图,而在热压时不仅相和陶瓷相均图复合材料的二次电子像刁和背散射电子像于昭,图对应图中、两点的能谱分析盯,点,点材料研究学报卷图复合材料断口的激光共聚焦照片韶于,图碳陶界面的照片,被热压致密,而且碳陶界面也大为改善图,这对于提高复合材料的力学性能具有积极作用对图中碳陶界面处的白色颗粒的成分分析表明,其主要成分为和图,即为相,与相的界面、与相均结合很好与因热膨胀系数不匹配产生的残余应力导致的微裂纹偏转,是提高复合材料的断裂韧性四的一个因素图从材料中微裂纹的方向大多沿碳陶的界面方向图,这是复合材料从热压温度降到室温时与陶

9、瓷相的热膨胀不匹配使材料中产生的热应力通过碳陶界面的开裂从而得到释放的结果由于陶瓷相的强度高,断裂主裂纹到达陶瓷相区后发生偏斜,转向碳相或碳陶界面等强度较低的区域,导致弱界面分层这种裂纹路径的转移是复合材料断裂韧性提高的一个重要因素由图可知,陶瓷相的断裂特征主要是穿晶和沿晶的混合断裂,在碳陶界面处存在着二次亚裂纹,龟的断裂特征主要为解理断裂和龟从石墨层中的拔出随着热压温度的提高,陶瓷相致密化程度提高,陶瓷相和碳相界面的结合强度提高当陶瓷相和碳相界面结合强度大于龟发生解理被撕裂所能承受的最大强度时,龟不能从碳陶界面脱离,只能发生解理断裂或龟从石墨层中的拔出因此随热压温度的提高,发生碳相解理断裂和

10、馆被拔出的几率增大,使复合材料的断裂韧性提高结论对于适当的热压温度例如。,复合材料的相组成为、和复合材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的提高而提高对于的热压温度,复合材料的体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到“、和期喻亮等热压温度对一一复合材料性能的影响随着热压温度的提高,复合材料经历了陶瓷相长大、相变薄、相和逐渐致密化等过程,最终形成了在陶瓷基体上条状分布的结构,热压温度高可改善碳陶的界面结合形成的条状相和相与陶瓷相的热膨胀失配产生的微裂纹和微裂纹引起的弱界面分层是复合材料力学性能提高的主要原因参 考 文 献,丑,、么,一即妙,赞,一,丑,。妙几,今,乳,介,厄,就一一

11、一一一明鳍,一,一一,于,丁 妞,如,劝一一一,一,劝倪,一一一,肖汉宁,杨巧勤,黄启忠。陈 伟,一一一复合材料原位合成及热压烧结,湖南大学学报,。,比,丁哪,旧,五对,乳,罗,一一,喻 亮,茹红强,薛向欣,左良,鳞片一一复合材料板烧蚀数值模拟,东北大学学报,一、,一,范壮军,刘朗,李建刚,细颖粒一复合材料的抗氧化性能,材料研究学报,、叭,黄启忠,杨巧勤,黄伯云,吕海波,原料种类对一一复合材料性能的影响,中南工业大学学报,巨,、叭,如,七,一守一,颜冲,肖汉宁,杨功勤,李绍禄,彭文琴,碳相含量对一一复合材料结构和性能的影响,中国陶瓷,面,今,周声励,刘其城,夏金童,无粘结剂碳陶复合材料的制备及

12、抗氧化性能的研究,湖南大学学报自然科学版,腼,武一一、,胡晓凯,周声励,夏金童,无粘结剂一书系御陶复合材料的制备及高温抗氧化性质的研究,湘潭大学自然科学学报,、么,竹,搬,名,台,一沼,卜,布材料研究学报卷,丑,。仁一,刘荣,茹红强,赵媛,唐荻,颗粒增韧陶瓷的原位合成,材料研究学报,材料研究学报投稿须知材料研究学报是国家自然科学基金委员会和中国材料研究学会主办,基金委工程与材料科学部和中国科学院金属所承办的中文综合类学术期刊,报道金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料以及材料科学的边缘学科、交叉学科的最新研究成果,特别是国家自然科学基金和各类国家基金资助项目的研究成果,刊登国内外具

13、有创新性和较高学术水平的关于材料,特别是高新材料的组成、结构、制备和性能的评述论文和研究论文目前收录本刊的国外权威检索系统有 美国美国工程索引,美国化学文摘和日本科学技术文献速报本刊是中国期刊网、中国学术期刊光盘版全文收录期刊,是中国学术期刊综合评价数据库和中国科学引文数据库来源期刊对稿件的要求稿件的创新性强、学术观点明确、数据可靠 稿件的格式 研究论文标题 中、英文,作者的单位名称和地址中、英文,摘要中、英文,引言,实验方法,实验结果和讨论,结论专题评述撰写者一般为正在从事该领域研究工作的专家,论文一般为国家自然科学基金资助的重大研究项目的总结或对材料科学前沿问题近一年内 新进展的评述评述论

14、文应包含作者对本人或本研究组的研究工作的评述,引用的参考文献以近期发表的论文为主,数量以任篇为宜,一般不超过字论文的题目应简明、准确,不宜用缩略词英文稿中国作者姓名采用汉语拼音后加注中文姓名,用圆括号括起 作者单位须写出全称和邮政编码关键词是学术论文进入流通和引用的窗口,规范关键词的选择有利于检索和引用请按照中国科协的规定选择关键词中、英文,各关键词用逗号隔开关键词不可少于个若是基金资助论文,请给出资助基金的中、英文标准全称和批准号文章中的图要求准确、清楚均应有中文和英文图题曲线图建议作者使用软件,照片有足够的分辨率,保证图像灰度层次清晰,注明标尺与标注请使用中华人民共和国法定计量单位引用他人

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