炭纤维补强陶瓷复合材料www.tool-tool.com

炭纤维补强陶瓷复合材料对炭纤维的要求取决于它所采用的工艺，一般采用陶瓷泥浆浸渍、缠绕成 型、装模干燥和热压的工艺，这一工艺要求炭纤维丝束的单丝数不宜过大，加捻少，不上胶，以利于陶瓷泥浆在炭纤维丝束中的渗透，若复合材料采用短切纤维混合 热压工艺，则只要求炭纤维不上胶即可，对强度和模量要求，则可按使用要求而定，一般要求高强度，这是为了保证复合材料的高性能和保证缠绕成型工艺能顺利进 行，而对炭纤维的模量要求，是要求高于所用陶瓷基质的模量，以保证纤维承担较大的外加负载。

炭纤维补强石英复合材料炭纤维一石英系统是较好地符合上述多相复合陶瓷3个设计原则的，因而这种材料的性能优越，表1列出有关性能数据。

由表l可见，炭纤维补强石英复合材料的强度是纯石英的12倍，断裂功比纯石英高2～3个数量级，因而这种复合材料具有高强度、高断裂韧性和高的抗热震性能。图l是它在断裂后仍表现出“藕断丝连”现象，它已成功地应用于航天技术中作为短时间抗高温结构材料。

炭纤维补强氮化硅复合材料在炭纤维一氮化硅系统中是不能满足多相复合材料设计的3个原则。首 先，炭纤维与氮化硅在1600℃以上，两者即有强烈的化学反应存在，这一温度远低于氮化硅的烧结温度，其次氮化硅的线膨胀系数大于炭纤维的线膨胀系数，因 而在构成的复合材料中，氮化硅基质中形成众多的垂直于炭纤维的裂缝，这两个问题，可以添加第三相来降低氮化硅的烧结温度，以避免两者发生化学反应。添加第 四相氧化锆，利用氧化锆的相变作用以减缓上述线膨胀的不匹配而引起的应力，使复合材料的裂纹消除。炭纤维增强氮化硅复合材料的性能见表2。

表1炭纤维补强石英复合材料性能





性能

炭纤维/熔融石英

熔融石英



体积密度/g·cm-3

2.0

2.16



炭纤维含量/％

30





弯曲强度/MPa

600、300①

51.5



拉伸强度/MPa

54①





弹性模量/GPa

26.3①





泊松比

0.14①





断裂应变/％

0.32①





剪切强度/MPa

25





冲击强度/kg*cm*cm-2

41.7

1.04



断裂功/J·m-2

7.9×103

5.9～11.3



线膨胀系数/℃-1(室温～900℃)

0.69X 10-6

0.54×10-6



热导率/W·(m·K)-1

500℃,1.18

900℃,l.69

1300℃,2.37



①指纤维为正交排列，其他数据纤维呈平行排列。

图1炭纤维/石英复合材料断裂后的形貌



表2炭纤维增强氮化硅复合材料性能



表 2表明复合材料的断裂韧性有大幅度提高，图2是它的断口扫描电镜照片，可以看出炭纤维拔出 量明显，从表2还可以看到，复合材料的强度并没有什么“增强”表现，这是由于所采用的炭纤维的弹性模量并不比氮化硅基质的高所致，因而在复合材料中要求采 用高模量炭纤维作增强体是很重要的。

图2炭纤维补强氮化硅复合材料断口扫描电镜照片

上述两例说明炭纤维补强陶瓷复合材料并不适用于所有陶瓷基，但值得一提的是炭纤维补强微晶玻璃复合材料，利用微晶玻璃的烧成温度相对较低和它物理性能的可调控性，有可能制备出性能优越的陶瓷基复合材料。

由于炭纤维在空气中，400℃以上已开始氧化，在600℃以上明显氧化，因此用炭纤维补强的复合材料不宜作在空气中高温下长期使用的材料，但它却可以在极高温度下作短期使用，这是它的最大特点。



引用出處：

http://baike.sososteel.com/doc/view/61431.html

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