cf-sicnw_al复合材料的制备及性能表征

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1、硕士学位论文Cf-SiCnw/Al复合材料的制备及性能表征STUDYONTHEMANUFACTUREANDPROPERTIESOFCf-SiCnw/AlCOMPOSITE李春晖哈尔滨工业大学2015年7月哈尔滨工业大学工学硕士学位论文国内图书分类号：TB331学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学硕士学位论文Cf-SiCnw/Al复合材料的制备及性能表征硕士研究生：李春晖导师：康鹏超副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ClassifiedIndex:TB331U.D.C:621.785ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEMANUFACTUREANDPROPERTIESOFCf-SiCnw/AlCOMPOSITECandidate：ChunhuiLiSupervisor：AssociateProf.PengchaoKangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：

3、MaterialsScienceSchoolofMaterialsScienceAffiliation：andEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologyII哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本研究采用烧结法在碳纤维表面上原位自生出SiC纳米线，并使用外加涂覆纳米线的方法，制备出两种碳纤维-SiC纳米线的复合预制块，并采用挤压铸造法其制备成Cf-SiCnw/Al复合材料。对原位

4、自生的纳米线以及外加的纳米线进行了扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射分析（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Roman）、透射电子显微镜（TEM）以及能谱仪（EDS）等多种分析手段对SiC纳米线的形貌、物相以及结构进行了表征。分析了不同的生长温度对合成纳米线过程的影响，并从热力学的理论出发，研究了SiC纳米线合成过程以及合成的机理。观察制备出的Cf-SiCnw/Al复合材料的金相组织以及SEM形貌图，并对其进行了层间剪切强度以及三点弯曲强度测试，观察了断口形貌，分析引入SiCnw后对Cf/

5、Al复合材料性能的影响。结果表明，1100℃以下，通过烧结法难以生成SiC纳米线；1100~1200℃温度区间内，通过烧结法能够在碳纤维表面原位自生出SiC纳米线，但是浸渍的浆料中的混合粉体难以反应完全，残留在纤维表面；1200~1300℃区间内，可以在碳纤维表面均匀地生长SiC纳米线；当温度达到1300℃时，SiC纳米线上出现“液滴”的痕迹，而且开始相互连结，并形成网状结构，分析为是副产物SiO2生成过多所致。原位自生纳米线与外加纳米线均属于β-SiC。其中原位自生纳米线直径为40~100nm，长径比非常大，主

6、要呈弯曲生长形态；而外加纳米线直径约为100~600nm，长径比100~200，形态有直棒状、竹节状以及链珠状。两种纳米线外围均包覆有SiO2非晶层，通过进一步的分析表明，外加的纳米线非晶氧化层很薄，而原位自生的纳米线非晶氧化层很厚，约为20nm。SiC纳米线的生长属于典型的没有催化剂的VLS机制，氧气的存在对该反应过程非常重要。SiC纳米线的生长可主要分为4个阶段，前期准备阶段、纳米线形核阶段、纳米线生长阶段、降温阶段。纳米线的生长主要是通过反应3SiO(g)+CO(g)→SiC(s)+2SiO2(s)来实现。

7、而在降温阶段，SiC优先凝固，SiO2在纳米线的表面或相互靠近的节点凝固，从而使得SiC纳米线的表面有非晶层。对制备的Cf-SiCnw/Al复合材料力学性能测试表明，在引入纳米线后材料的层间剪切强度均有所上升。观察断口，可以将其分为3个区域，即纤维裸露区、富铝区以及纤维断裂区。从并联模型考虑，整体的剪切强度即为这3个部分剪切强度之和，也就是说Cf/Al和Cf-SiCnw/Al的剪切强度满足公式：τ=Aiτi+Afτf+Amτm。从I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文这个模型出发可以解释两种Cf-SiCnw/Al复合材

8、料层间强度的增强机制。其中层间强度最高达到了76MPa，比Cf/Al提高了38%。Cf-SiCnw/Al复合材料的三点弯曲强度相对于Cf/Al均有所提高，最高可达到300MPa，比Cf/Al提高了44%。建立层间剪切强度-弯曲强度的关系图可以看出，Cf-SiCnw/Al的层间剪切强度与弯曲强度有着一定的关系：当层间剪切强度过小时，断口上纤维脱粘，裂纹横向传播。此条件下纤维