论文部分内容阅读
本文采用先驱体溶液浸渍裂解法、溶胶凝胶法在三维编织碳纤维预制体表面分别制备了PyC-SiC/SiO2涂层、Al2O3-SiO2-TiO2涂层。研究了界面制备条件对涂层碳纤维微观组织形貌、氧化性能及强度的影响。采用先驱体浸渍裂解工艺制备了分别含两种不同界面相的3D-Cf/Si C复合材料。应用SEM、XRD等分析测试手段以及三点弯曲等试验方法,研究了碳纤维的界面对复合材料的微观组织形貌、力学性能、断裂行为的影响规律,得出了以下结论:(1)采用先驱体浸渍裂解法在三维编织碳纤维表面制备PyC-SiC/SiO2涂层,探究浸渍液的浓度和热处理温度两个因素,得到了内涂层为碳涂层的最佳制备工艺为:酚醛树脂浸渍液浓度为5 wt%、热处理温度为750°C。然后通过研究浸渍液中甲基三乙氧基硅烷(MTES)的浓度、裂解温度以及涂层涂覆次数三个因素,得到了外涂层为SiC/Si O2涂层的最佳制备工艺为:浸渍液中MTES的浓度为5 wt%、热处理温度为1400°C、涂覆次数为2次时涂层涂覆效果最好。PyC-SiC/SiO2涂层碳纤维的抗氧化性显著提高,且PyC-SiC/SiO2涂层碳纤维的强度保留率为原始碳纤维的87.7%。(2)采用溶胶凝胶法在三维编织碳纤维表面制备Al2O3-SiO2-TiO2涂层,通过探究浸渍液浸渍时间、裂解温度和涂覆次数三个因素,得到了最佳的制备工艺为:热处理温度为750°C、浸渍时间为40 min涂覆2次、涂层厚度约为470 nm时涂层的涂覆效果最好。Al2O3-SiO2-TiO2涂层碳纤维的抗氧化性明显提高,且Al2O3-SiO2-TiO2涂层碳纤维的强度保留率为原始碳纤维的96.8%。(3)通过先驱体浸渍裂解工艺制备了含两种不同界面相的3D-Cf/SiC复合材料。不同界面相及同一界面不同的涂覆工艺均对复合材料的力学性能有影响。涂层制备条件较优时的复合材料的性能也较好。含PyC-SiC/SiO2界面相的复合材料的抗弯强度为247 MPa。而含Al2O3-SiO2-TiO2界面相的复合材料的抗弯强度为303 MPa。(4)同无界面相复合材料脆性断裂相比,含界面相的复合材料均表现出韧性断裂的特征,涂层碳纤维在复合材料断裂过程中起到了较好的增韧作用。(5)通过对两种不同的界面在制备工艺与性能方面的对比,可以得出,先驱体浸渍裂解法制备的PyC-SiC/SiO2涂层相比于溶胶凝胶法制备的Al2O3-SiO2-TiO2的涂层,虽然制备周期短、涂层碳纤维的抗氧化性能较优,但是制备成本高,且纤维强度、材料性能方面均低于Al2O3-SiO2-TiO2涂层。