玄武巖纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、玄武巖連續(xù)纖維是一種新型的高性能無(wú)機(jī)纖維,其力學(xué),耐高溫和耐酸堿腐蝕等性能優(yōu)異,已經(jīng)達(dá)到主流高性能纖維性能的較高水平,具有廣闊的應(yīng)用前景。制備該纖維的原料來(lái)自于天然的玄武巖礦石,因此其低廉的原料成本和充足的原料來(lái)源都成為其開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。雖然近十年來(lái),玄武巖纖維工業(yè)及纖維的應(yīng)用研究在中國(guó)得到了巨大的發(fā)展,但是其在金屬基復(fù)合材料中的應(yīng)用還鮮見(jiàn)報(bào)道。
　　本課題使用壓力浸滲的方法制備了玄武巖纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料,通過(guò)界面結(jié)構(gòu)表征和

2、力學(xué)性能分析,提出了玄武巖纖維應(yīng)用在鋁基體復(fù)合材料中存在的問(wèn)題,并通過(guò)表面涂層的方式改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能,為玄武巖纖維在金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算,本文分析了復(fù)合材料體系在浸滲過(guò)程中可能發(fā)生的界面反應(yīng)。以玄武巖纖維-純鋁基體的復(fù)合材料為對(duì)象,結(jié)合熱力學(xué)判據(jù)。本研究還分析了界面的主要反應(yīng):Al-SiO2反應(yīng)進(jìn)行的詳細(xì)過(guò)程及物質(zhì)傳輸情況,并在TEM和EDS分析的基礎(chǔ)上討論了界面反應(yīng)層的結(jié)構(gòu)。
　　

3、對(duì)玄武巖纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有脆性斷裂的特征。結(jié)合斷口分析認(rèn)為,復(fù)合材料的脆性斷裂是因?yàn)槔w維和基體的界面結(jié)合過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致載荷不能在纖維和基體間合理分配。因此,過(guò)強(qiáng)的界面結(jié)合強(qiáng)度是影響材料性能提高的主要因素。
　　為了改善這種情況,本研究采用涂層的方式在玄武巖纖維表面制備Al(PO3)3,SiO2和TiO2三種涂層,并制備了纖維體積分?jǐn)?shù)為50％的涂層改性玄武巖纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。力學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,TiO2涂