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1、碩士學(xué)位論文碳纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料制備工藝及性能研究STUDYONPREPARATIONPROCESSANDPROPERTIESOFCARBONFIBERREINFORCEDSiCCOMPOSITES劉佳佳哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TB330學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：620密級(jí)：公開(kāi)工程碩士學(xué)位論文碳纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料制備工藝及性能研究碩士研究生：劉佳佳導(dǎo)師：張宇民教授申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：材料工程所在單位：航天學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedInd
2、ex:TB330U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPREPARATIONPROCESSANDPROPERTIESOFCARBONFIBERREINFORCEDSiCCOMPOSITESCandidate：LiuJiajiaSupervisor：Prof.ZhangYuminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalsEngineeringAffiliation
3、：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要碳化硅陶瓷在力學(xué)性能方面具有高強(qiáng)度、高模量和良好的耐磨性，在熱力學(xué)方面具有低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱性和耐高溫性能。同時(shí)，因保持了陶瓷所具有的抗氧化性、耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定這些優(yōu)良的性能，使碳化硅在精密軸承零部件、耐磨密封件、機(jī)械加工磨具、燃?xì)廪D(zhuǎn)子、壓縮氣缸等方面，都具有巨大的應(yīng)用潛力。另外，隨著航天事業(yè)
4、的蓬勃發(fā)展，因其高比剛度、低熱變形系數(shù)，抗輻照性、良好的熱穩(wěn)定性和抗震性能極佳等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是制造反射鏡的新型優(yōu)良材料。然而，目前由常規(guī)方法制備的SiC反射鏡普遍存在精度和輕量化程度不高、斷裂韌性低和應(yīng)力水平高等問(wèn)題。要想制備出高精度的反射鏡，還需要對(duì)碳化硅復(fù)合材料的制備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。首先是原漿料的制備，選用熱固性酚醛樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，因其是常用的三大樹(shù)脂中含碳量最高的；由于樹(shù)脂粘度大，不易與其它原料混合，故選用乙二醇為稀釋劑，它能與樹(shù)脂相溶，用來(lái)稀釋酚醛樹(shù)脂，并作為漿料的主要溶劑；選用苯磺酰氯為樹(shù)脂固化劑，苯磺酰氯是一種酸性固化
5、劑，能使酚醛樹(shù)脂在較低溫度下快速固化；選用1200目和240目?jī)煞N粒徑的SiC粉作為漿料中的主要固相，但由于碳化硅為粉末狀易于團(tuán)聚，所以選用具有良好的分散性和潤(rùn)滑性的聚乙二醇為分散劑。為了提高漿料中的碳含量，后期還加入納米級(jí)的炭黑到漿料中。采用球磨工藝使?jié){料混合均勻，通過(guò)研究漿料的粘度、固化后的體積變化量和素坯密度、碳化后的形貌以確定各成分的最佳含量。通過(guò)研究表明分散劑的最佳含量為占固相的15wt%；固化劑最佳含量為占樹(shù)脂的6wt%；最佳固相含量為60wt%；固相中SiC兩種粒徑顆粒的最佳配比為1:1；針對(duì)后期與纖維復(fù)合，漿料中
6、炭黑最佳含量為SiC的10wt%；樹(shù)脂與乙二醇的最佳配比為1:10。為了提高陶瓷的韌性，向其內(nèi)引入增強(qiáng)體，本文采用碳纖維平紋布做為SiC陶瓷的增強(qiáng)體。為了保護(hù)碳纖維在后期反應(yīng)燒結(jié)時(shí)不受損傷，對(duì)其進(jìn)行表面處理，選用耐高溫的氧化鋯做為涂層材料。研究表明碳纖維最佳涂層為4層Y-ZrO2。漿料與碳纖維進(jìn)行隔層鋪設(shè)，經(jīng)過(guò)固化、碳化、反應(yīng)燒結(jié)得到SiC陶瓷基復(fù)合材料，測(cè)試其物理性能和力學(xué)性能。研究表明碳纖維及涂層處理的碳纖維的加入降低了SiC陶瓷的體積密度和彎曲強(qiáng)度，但達(dá)到了提高斷裂韌性的目的。由于復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度較低，所以最后本文又研究
7、了SiC/C配比對(duì)SiC陶瓷性能的影響。研究表明SiC與C的比例為8:3時(shí)，其反應(yīng)燒結(jié)所得的SiC陶瓷的性能較-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文好，密度為3.066g/cm3，致密度為95.8%，殘硅量為8.59%，彎曲強(qiáng)度達(dá)485.08±53MPa，斷裂韌性達(dá)4.806±0.175MPa.m1/2，硬度為14.77±0.93GPa。與企業(yè)生產(chǎn)的SiC陶瓷相比較，本文所制備的SiC在彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性上都有所提高。關(guān)鍵詞：碳纖維；SiC陶瓷；反應(yīng)燒結(jié)；力學(xué)性能-II-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractSilicon
8、carbideceramicshavetheexcellentproperties,suchashighstrengthandmodulus,excellentabrasiveresistanceinmechanicalproperties,lowthermal
