增強相表面改性提高陶瓷基復合材料性能研究.pdf

1、通過對碳纖維、不銹鋼纖維、鐵粉的表面化學鍍改性，再與莫來石等氧化物基陶瓷材料復合，成功地制備了表面改性第二相增強氧化物陶瓷基復合材料，使這些材料的強度和韌性有較大幅度的提高。采用掃描電鏡分析(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、能譜分析、粒度分析、密度分析等技術(shù)和手段，系統(tǒng)地研究了表面改性第二相對基體的增韌補強技術(shù)。探討了表面改性第二相對性能的影響規(guī)律和強韌化機理。 采用化學鍍方法對碳纖維、不銹鋼纖維和鐵粉進行了表面改性處理。不

2、銹鋼纖維表面化學鍍鎳的最佳工藝為：鍍液pH值為4.8，溫度為86℃，鍍速約為12μm/h。鍍鎳層表面光亮、完整、致密、耐蝕性好，與基體結(jié)合緊密。碳纖維表面化學鍍鎳時，鍍速約為10μm/h，施鍍時間為5～8min，鍍層厚度為0.8～1.3μm。碳纖維表面化學鍍銅時，鍍速約為8μm/h，鍍液很穩(wěn)定。施鍍時間為6～10min，鍍層厚度為0.8μm～1.3μm。 碳纖維對莫來石、鈦酸鋁、鎂鋁尖晶石和堇青石陶瓷具有明顯的增韌補強作用，對四

3、種陶瓷增韌補強效果最有利的碳纖維體積含量分別為10％、5％～10％、5％和5％～15％。 銅鎳復合鍍碳纖維由于既能起到保護碳纖維的作用又能保證碳纖維、鍍層、基體之間良好的界面特性，因此其增韌補強效果顯著提高，四種陶瓷抗彎強度提高的幅度分別為2.3倍、3.3倍、2.2倍和3.5倍，前三種陶瓷斷裂韌性提高的幅度分別為3.0倍、2.4倍、2.8倍。 研究發(fā)現(xiàn)，以氧化鋁、鋯英石、氟化鋁等為主要原料，采用原位反應合成法可以制備自生

4、莫來石晶須增強氧化鋁基陶瓷材料。粉料粒度、燒結(jié)溫度和密封對自生莫來石晶須有重要影響。只有在密封條件下，溫度超過1400℃時才能自生出莫來石晶須，晶須呈圓針狀，直徑為0.2～1.0μm，長徑比為8～30。自生莫來石晶須具有顯著的增韌補強和提高抗熱震性的作用，可使材料的抗彎強度提高約43％，斷裂韌性提高約80％，臨界熱震溫差提高約400℃。 不銹鋼纖維及其表面化學鍍鎳均對不定形耐火材料有明顯的強韌化效果，且使材料的線變化率減小，抗熱

5、震性提高。材料的抗彎強度、抗壓強度和韌性分別提高3.5倍、1.1倍和51.5倍。強韌化機理一方面是在不銹鋼纖維中形成彌散鎳磷合金沉淀相強化了纖維；另一方面是材料斷裂時不銹鋼纖維可以通過塑性變形消耗外來能量，鎳與Al2O3發(fā)生界面反應形成少量尖晶石相強化了界面結(jié)合，進一步促進了塑性變形能量消耗。 研究發(fā)現(xiàn)，用鍍鎳鐵粉制造金屬陶瓷材料具有較明顯的強韌化效果，熱處理可進一步強化。其抗彎強度、抗壓強度和韌性可達19MPa、92MPa和2