3D SiO2f/SiO2复合材料的制备与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:engineer2007
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石英玻璃因其良好的耐高温性能、低的热导率和热膨胀系数以及良好的介电性能,成为高温透波领域主要候选材料。但单一的石英玻璃力学强度低,石英纤维增强石英玻璃是改善石英玻璃力学性能较为有效的方式。本文以石英短纤维、石英纤维编织布和自制的石英纤维网胎为主要原料,采用针刺工艺制备了复合材料的预制体,并通过凝胶-溶胶工艺制备了SiO2f/SiO2复合材料,主要研究了预制体中纤维的尺寸、硅溶胶的浓度、浸渍方式、烧结温度等工艺参数对复合材料浸渍性能和力学性能的影响,通过调整工艺参数,使SiO2f/SiO2复合材料获得最佳性能,以下是本文的主要研究内容:预制体制备时添加短纤维可以增加Z向纤维的数量,增强Z向结合力,纤维的体积分数随着短纤维量的增加而增加。其中,当石英纤维网胎与短纤维质量比1:1时,预制体中纤维的体积分数较高,达到了18.4 Vol%,当石英纤维编织布与短纤维的质量比2:1时,预制体中纤维的体积分数最高达到了35 Vol%;预制体制备时添加二氧化硅粉体可以显著提高预制体的初始密度,缩短浸渍周期,当粉体质量与网胎质量比1:1时,6次浸渍后复合材料的密度即可达到1.6 g/cm3。真空和加压相结合的辅助浸渍方式有利于提高浸渍效率,采用由高到低梯度浓度的硅溶胶浸渍,可以减少闭气孔的体积,提高复合材料密度。浸渍干燥过程会因化学腐蚀对纤维造成损伤,浸渍-干燥循环8次较为适宜,较循环12次制备的复合材料弯曲强度提高了100%;复合材料的弯曲强度随着烧结温度的升高而降低,纤维损伤和基体析晶是造成复合材料强度降低的主要原因,450oC烧结制备的复合材料较800oC烧结时弯曲强度提高了67%。短纤维加入石英纤维网胎制备预制体,可以提高预制体的浸渍性能,当石英纤维网胎与石英短纤维质量比1:1,5次浸渍密度即可达到1.51 g/cm3,但短纤维的加入会降低复合材料的力学性能,制备出的复合材料在网胎平面内呈现各向同性,平面内四个方向弯曲强度平均值35 MPa,;石英编织布加入纤维网胎可以显著提高复合材料的弯曲强度,当纤维布与短纤维质量比2:1时,弯曲强度可达55 MPa,而且复合材料的层间剪切强度更高;二氧化硅粉体加入石英纤维网胎可以提高预制体的体积分数,从而提高复合材料的力学性能,弯曲强度最高可53 MPa。
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