碳纤维增强低膨胀LAS微晶玻璃的制备和性能研究.pdf

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1、硕士学位论文碳纤维增强低膨胀LAS微晶玻璃的制备和性能研究PREPARATIONANDPROPERTIESOFCARBONFIBERREINFORCELOWEXPANSIONLASGLASSCERAMICS张巍哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB333学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文碳纤维增强低膨胀LAS微晶玻璃的制备和性能研究硕士研究生：张巍导师：黄小萧教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TB333U.D.C：620D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDPROPERTIESOFCARBONFIBERREINFORCELOWEXPANSIONLASGLASSCERAMICSCandidate：ZhangWeiSupervisor：Prof.HuangXiaoxiaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeri

3、ngDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位摘要本文利用了溶胶-凝胶的方法结合真空热压烧结制备了碳纤维增强锂铝硅（LAS）微晶玻璃复合材料。原材料的成分配比通过锂辉石和锂霞石的设计比例确定。主要研究了锂辉石与锂霞石设计配比、热压温度以及B4C掺杂量对碳纤维增强LAS微晶玻璃复合材料的物相组成、微观形貌、室温力学性能、热膨胀系数以及高温力学性能的影响。通过一系列的实验对比，得到了热膨胀系数接近于零且高温力学性能优良的碳纤维增

4、强LAS微晶玻璃复合材料。主要的研究成果如下：不同配比的LAS微晶玻璃复合材料中，主晶相均为晶粒尺寸介于29.4~87.7nm之间的β-锂辉石晶相，同时有少量β-锂霞石晶相生成。原材料配比对复合材料室温力学性能的影响不大。其中1300℃烧结温度下9H-1X复合材料的抗弯强度最大为407.83±14.99MPa，而7H-1X复合材料的断裂韧性最大为5.36±0.59MPa·m1/2。氩气保护的环境下，1300℃烧结的不同配比LAS微晶玻璃复合材料的热膨胀系数随测试温度缓慢增加。其中7H-1X复合材料的热膨胀系数最低，在温度低于600℃时，复合材料的热膨胀系数介于10.

5、3~2.1×10-8·K-1范围之间，比β-锂辉石的热膨胀系数低一个数量级。而在空气气氛中，复合材料的热膨胀系数先增加后降低，但热膨胀系数仍小于10×10-7·K-1。1000℃高温氩气保护环境下，复合材料的高温抗弯强度随原材料配比先增后减。其中7H-1X复合材料在1000℃高温环境下的抗弯强度为689MPa，为室温抗弯强度的1.9倍。对7H-1X复合材料的高温抗弯强度进一步探索发现，随测试温度的增加，复合材料的高温抗弯强度先增加后急剧下降。试验温度为1100℃的7H-1X复合材料抗弯强度为724.1MPa。随着烧结温度的增加，7H-1X复合材料的室温抗弯强度缓慢增

6、加，1350℃烧结温度的抗弯强度最大达到425.44±35.42MPa。而断裂韧性和1000℃的高温抗弯强度则随着烧结温度的增加先增后减。B4C对7H-1X复合材料的物相组成没有显著影响，然而随着B4C含量的增加，复合材料的分层现象大大减弱。4wt%B4C-7H-1X复合材料的抗弯强度最大为539.7±112MPa，3wt%B1/24C-7H-1X复合材料的断裂韧性最大为9.6±0.6MPa·m。不同含量B4C的加入，降低了7H-1X复合材料的热膨胀系数，同时使1000℃的高温抗弯强度降低。高温抗弯测试后，复合材料中，β-锂辉石(201)晶面衍射峰强度均有所增加。关

7、键词：低膨胀材料；锂铝硅系统微晶玻璃；高温力学性能-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位AbstractCarbonfiberreinforcedLi2O-Al2O3-SiO2glass-ceramiccompositewaspreparedbysol-gelmethodcombinedwithvacuumhot-pressingsintering.Thecompositionratiooftherawmaterialwasdeterminedbythedesignratioofbeta-spodumeneandbeta-eucryptite.Theinfluence