碳纤维增强氧化硅基陶瓷型芯的制备及性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:exiaodong1986
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氧化硅基陶瓷型芯的性能受限于基体材料,严重制约了硅基陶瓷型芯的使用温度。本文结合纤维增强复合材料的思路,以Csf(短切碳纤维)作为第二相,在不同气氛环境下经高温烧结制备陶芯试样,利用XRD、SEM与三点抗弯等分析测试方法,研究Csf对氧化硅基陶瓷型芯性能的影响,并分析Csf对氧化硅基陶瓷型芯的影响机制。实验结果表明:在空气气氛下烧结,Csf的加入,显著的提升了陶瓷型芯的气孔率,降低了陶瓷型芯的高温挠度及烧结收缩率,对室温抗弯强度影响较小。Csf含量为0~1.5 vol%时,试样气孔率不断增加,高温挠度及烧结收缩率逐渐降低,Csf含量为1.5 vol%时,气孔率达到最大值为42.95%,型芯的烧结收缩率最终在0.6%-0.7%左右。当Csf含量1.2 vol%、长度为3 mm时,型芯的高温挠度和烧结收缩均达到最小值,型芯气孔率达到最大值,分别为0.61 mm、0.60%、42.94%。XRD物相分析和试样断口微观形貌观察发现,Csf被氧化烧失,在陶瓷型芯内部形成孔洞,型芯中有Si C相与方石英相生成,促进了石英玻璃反玻璃化,降低了陶瓷型芯的烧结致密性。在氮气气氛下烧结,Csf作为增强相保存在型芯基体内,陶瓷型芯的力学性能、尺寸精度得到了一定幅度提高。当Csf含量为1.2 vol%、长度为4 mm时,陶瓷型芯的高温挠度值最小值,为0.58 mm。试样断口形貌分析发现,Csf对陶瓷型芯力学性能增强的主要机制为Csf拔出,再结合XRD物相分析发现,Csf与基体材料生成微量的Si C晶体,并且Csf及Si C晶体提高了液相石英玻璃的表面能,加快了其析晶速率,提高了型芯基体中方石英含量,阻滞了坯料颗粒的位移,降低了陶瓷型芯的烧结程度,提高了陶瓷型芯烧结后的气孔率及尺寸精度。在不同气氛烧结下,研究Csf对型芯性能的影响,得出了在不同气氛烧结下Csf含量及长度对型芯性能的影响规律,从微观层面分析了不同气氛烧结下Csf含量及长度对型芯性能的影响机制,为制备高性能陶瓷型芯提供参考。
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