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《sic改性碳复合材料的微观结构分析和力学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、SiC改性碳复合材料的微观结构分析和力学性能研究第36卷增刊12007年8月稀有金属材料与工程RAREMETAL～LTERIAI,SANDENGINEERINGVo1.36,Supp1.1August2007SiC改性碳复合材料的微观结构分析和力学性能研究邹广平,乔英杰2,方双全2,黄冕2(1.哈尔滨工程大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001)(2.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:利用SiC与碳基材料复合,采用原位合成技术制备了一种新型碳陶瓷复合材料.采用XRD和SEM技术分别表征材料的相组成和微观形
2、貌结构,并利用万能材料试验机测试了复合材料的抗压和抗折性能.XRD测试结果表明,SiC改性碳陶瓷复合材料中没有新相产生.由SEM照片分析可知,SiC的掺杂破坏了石墨原有的层片状结构,并在碳石墨材料中观察到颗粒状晶体,随着SiC掺量的增加,散乱分布的晶粒有聚集长大的趋势,造成碳陶瓷复合材料结构的进一步破坏.力学性能测试结果表明,当掺入IO%SiC(质量分数)时,材料的抗折强度最大,为58.8MPa;而在SiC掺量为5%(质量分数),其抗压强度达到最大,为157.4MPa.关键词:碳陶瓷复合材料;原位合成;抗折强度中图法分类号:TB332文献标识
3、码:A文章编号:1002-185X(2007)S1-0678?041引言普通碳一石墨材料一方面强度低,开孔率大,用于流体密封承受压力低,密封性差.另一方面,石墨材料的抗氧化能力差,在一定程度上限制了石墨材料应用领域的扩大.因此,克服石墨材料的弱点,满足石墨材料在高新技术上的要求,就成为碳石墨制品制造业急需研究解决的重要课题】.20世纪80年代以来,碳/陶复合材料的开发研究受到材料界人士的关注,将碳素材料和陶瓷材料结合起来制成新型碳/陶复合材料,可望发挥这两类材料性能互补的优势,制备出机械强度高,耐高温,耐腐蚀,耐磨损性好,抗氧化,抗渣,抗热震
4、能力强,并具备良好导电导热性,可机械加工性和自润滑能力的新型高性能工程材料,从而得到广泛应用【2'3】.本实验采用SiC为陶瓷掺杂材料,对碳石墨材料进行改性,制备了SiC掺杂碳陶瓷复合材料.研究了SiC掺杂对碳陶瓷复合材料力学性能的影响,并从微观角度解释了SiC对碳陶瓷复合材料力学性能影响的机理.2实验2.1原料及配比碳陶瓷复合材料的物理化学性质在很大程度上取决于所用的原材料,而原材料的化学组成,结构,纯度,颗粒度等都对材料的性能有影响.因此,正确选择制备碳陶瓷复合材料的原材料,对最终材料性能至关重要.碳陶瓷复合材料的原材料组成包括碳基料,陶
5、瓷改性添加材料以及浸渍材料等.碳基料是由石油焦粉,碳黑,天然石墨粉,表面活性剂油酸,粘结剂(沥青)组成的粉料.本实验研究采用煤沥青作浸渍材料,所采用的煤沥青技术指标如下:灰分<0.3%;水分<0.2%;挥发分60～70%;软化点55℃～75℃;游离碳18-25%.掺杂材料碳化硅密度为3.20g/cm.其熔点和沸点都非常高(熔点2700~C,在2700~C时开始升华).SiC掺杂碳陶瓷复合材料的配比见表1.表1试验材料配比Table1Compoundingratioofrawmaterials收稿日期:2007.02.28基金项目:
6、国家自然科学基金(50572017)~黑龙江省自然科学基金(E200525)资助作者简介:邹广平,男,1963年生,教授,哈尔滨工程大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001,电话:0451.82518731,E.mail:gpzou@vip.163.com刊1邹广平等:SiC改性碳复合材料的微观结构分析和力学性能研究.679.2.2制备工艺碳陶瓷复合材料制备工艺设计是碳陶瓷复合材料设计中的一个重要组成部分.一旦材料组分确定,合成工艺将影响材料结构和形态,当然也影响材料的性能.本项研究的制备工艺设计是依据传统碳素生产工艺改进设计的.其工艺过程
7、主要包括物料混合,磨粉,压制,焙烧,石墨化,浸渍等工艺.其工艺流程见图1所示.固三三卜曰目日Carbon-ceramicscomposite[Gr丫aphiteRebavking一~一i固目目图1碳陶瓷复合材料制备工艺流程Fig.1Technologicalprocessofcarbon-ceramiccompositespreparation3SiC掺杂对复合材料力学性能的影响3.1复合材料的抗折强度试样的抗折强度在万能材料试验机上进行,材料抗折强度按下式计算::兰(1)=——_三——,',2W×b式中:crz为抗折强度,MPa;F为折断时
8、载荷,N;三为支承刀口距离,mm;W为试样宽度,mm;b为试样厚度,mm.测试结果如图2所示.由图2可以看出,复合材料的抗折强度随SiC含量的增加而增加,当SiC掺
