2D-SiO2f-SiO2-BN復(fù)合材料的制備與燒蝕性能研究.pdf

1、本文以石英纖維布、硅溶膠、BN粉、石英粉為原料,采用溶膠凝膠法、料漿浸漬法和熱壓燒結(jié)工藝制備了2D-SiO2f/SiO2-BN復(fù)合材料,即SBN系列,在此基礎(chǔ)上引入弱界面層,制備了SBN-BN系列(弱界面層是純BN料漿)和SBN-BNS系列(弱界面層是BN-SiO2料漿)復(fù)合材料,利用XRD、SEM等分析手段和三點(diǎn)彎曲、單邊缺口梁、氧-乙炔燒蝕等實(shí)驗(yàn)方法,研究了制備工藝和弱界面層的引入對(duì)復(fù)合材料析晶行為、力學(xué)性能和燒蝕性能的影響規(guī)律。<

2、br>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SBN系列復(fù)合材料800℃熱處理后XRD結(jié)果顯示,纖維有序化程度提高;浸漬硅溶膠得到的復(fù)合材料的密度比未浸漬硅溶膠的高5.2％,且復(fù)合材料的斷裂方式是韌性斷裂,斷口粗糙不平,斷口有纖維拔出,復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于未浸漬硅溶膠的復(fù)合材料;抽真空使得纖維布掛漿量增加188%,但是密度僅減少了0.47%,相比未抽真空下制備的復(fù)合材料,抗彎強(qiáng)度降低了5.97%。
　　SBN系列復(fù)合材料的析晶溫度是1200℃,在12

3、00℃、10MPa下制備的SBN系列熔石英基復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性達(dá)到了最大值分別是49.48MPa(Z),46.69MPa(X-Y);12.6GPa(Z),9.5GPa(X-Y);1.03MPa·m1/2(Z),0.86MPa·m1/2(X-Y)。復(fù)合材料的最佳制備工藝是:浸漬硅溶膠24h,超聲振蕩1h,在50℃下干燥3h(不抽真空),隨后浸漬基體料漿24h,超聲1h,在30℃下干燥2h,最后無(wú)壓鋪層并于1100℃、10

4、MPa下熱壓燒結(jié)。
　　SBN-BN系列復(fù)合材料具有明顯的各向異性,1100℃、10MPa熱壓燒結(jié)復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性分別是8.92MPa(Z),22.00MPa(X-Y);13.2GPa(Z),19.9GPa(X-Y);0.56MPa·m1/2(Z),0.42MPa·m1/2(X-Y)。SBN-BNS系列弱界面層中加入少量的nm-SiO2,減小了各向異性,1100℃、10MPa熱壓燒結(jié)復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、彈性模

5、量、斷裂韌性分別是15.19MPa(Z),15.85MPa(X-Y);11.4GPa(Z),13.1GPa(X-Y);0.29MPa·m1/2(Z),0.28MPa·m1/2(X-Y)。
　　相同燒蝕時(shí)間和燒蝕溫度下,SBN系列復(fù)合材料的質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率最低,分別是0.0304g/s和0.0323mm/s,抗燒蝕性能最好;SBN系列、SBN-BN系列、SBN-BNS系列熔石英基復(fù)合材料的燒蝕機(jī)制都是氧化、升華和機(jī)械沖刷的綜合作