CNT预制体增强SiC复合材料的制备及性能研究

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1、万方数据国内图书分类号：TB332西北工业大学工程硕士学位论文CNT预制体增强SiC复合材料的制备及性能研究硕士研究生：白强来导师：梅辉教授华云峰研究员申请学位级别：工程硕士学科、专业：材料工程所在单位：材料学院答辩日期：2016年03月授予学位单位：西北工业大学万方数据万方数据Classifiedindex:TB332ThesissubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringStudyofPreparationandPropertiesofCNTPreformRei

2、nforcedSiCCompositesMSCandidate：BAIQianglaiProfessorMEIHuiAdvisor：ProfessorHUAYunfengDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsEngineeringSchoolofMaterialsScienceandSchool：EngineeringDateofOralDefence：March,2016UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity万方数据万方

3、数据摘要摘要碳纳米管（CNT）因其具有优异的功能和力学特性，从而在复合材料中的应用能显著地提高材料的性能。但因为CNT自身的表面能较高，容易团聚，当CNT的含量增高时使其均匀分散在复合材料中将变得非常困难。所以本文中利用新型的CNT宏观体作为CVI工艺的预制体，即避免了烧结工艺中CNT分散不均匀的缺点，也能充分利用CNT的自支撑性，分布均匀等性能优势特点，制备高性能，高CNT体积分数的陶瓷基复合材料。本文以三种CNT宏观体为预制体，分别为定向CNT（ACNT），CNT泡沫（CNTf），CNT纸（CNTp），结合先进的CVI工艺制备CNT预制体增强的SiC基复合材料（CNT/Si

4、C），对材料的力学性能，抗氧化性能以及电磁性能等进行了系统的研究，并分析了材料的微观结构。主要研究内容和结果如下：1.研究了ACNT/SiC复合材料的制备及抗氧化性能。利用CVD法制备的ACNT具有纯度高、结晶度高，石墨化度高，此外还有自支撑性、内部CNT分布均匀。通过采用TG法对ACNT/SiC复合材料加热到1400ºC进行静态空气氧化测试，发现ACNT/SiC几乎没有失重。SEM显示复合材料的表面基体被氧化成了二氧化硅，而内部的ACNT则完好无损，丝毫没有被氧化的迹象。2.研究了ACNT/SiC复合材料的静态压缩性能。结果表明，在孔隙率为28%，密3度仅为1.54g/cm的

5、情况下，材料的压缩强度达到了160MPa。压缩载荷位移曲线则表明材料呈现出非脆性断裂的失效方式，这是因为内部交联在一起的ACNT对SiC基体起到了很好的增韧作用。SEM图显示试样断裂的位置处，出现了大量的CNT拔出，这就是CNT增强增韧机制的微观体现。3.研究了CNTf/SiC复合材料的制备及弯曲性能。制备出来的复合材料具有和C/SiC类似的孔隙分布，大孔集中在100μm左右，而小孔则集中在1μm左右。复合材3料密度为1.60g/cm时，弯曲强度达到了150MPa；通过对断口形貌进行观察，同样发现大量CNT拔出，而且拔出长度很长，这就证明了由于CNT的存在，材料的力学性能才得以

6、显著提高。4.研究了CNTf/SiC复合材料的静态压缩性能。结果表明其静态压缩强度为180MPa，和弯曲强度基本接近。压缩断裂模式不是脆性断裂，而是一种类似金属的“假塑形”变形行为。5.研究了CNTp改性的2DC/SiC复合材料的力学性能。结果发现制备的3CNTp-C/SiC复合材料，具有合适的密度和孔隙率，分别为2.20g/cm和8.6%。弯曲强0.5度和断裂韧性最高分别达到了353MPa和15.3MPa·m，CNTp的加入对提高复合材料I万方数据西北工业大学工程硕士专业学位论文的力学性能贡献不大。6.研究了CNTp-C/SiC复合材料的电导率和电磁屏蔽性能。CNTp-C/S

7、iC复合材料电导率在沉积8炉次时达到了10.0S/cm，达到了C/SiC的两倍。这是因为沉积SiC基体后，而碳布则被基体分离开来，CNTp还是一个整体，所以导电性能大幅上升。由于电导率的大幅提高，CNTp-C/SiC的电磁屏蔽效能也比C/SiC的提高了25%，从29.4dB上升至36.8dB。关键词：碳纳米管预制体，化学气相沉积，微观形貌，力学性能，抗氧化性能,电导率，电磁屏蔽II万方数据AbstractAbstractBecauseoftheextraordinaryfunctionala