sio_2莫来石复合材料的制备与性能研究

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1、SiO2/莫来石复合材料的制备与性能研究PreparationandpropertiesofSiO2/mullitecompositematerials领域：材料工程作者姓名：刘曼曼指导教师：刘家臣教授企业导师：李仰乾高级工程师天津大学材料科学与工程学院二零一五年十二月摘要随着航空航天事业的发展以及人们对节约能源的意识逐渐增强，高温隔热材料引起各国研究人员的广泛关注。高温隔热材料的耐温性、抗压性、弹性以及隔热性能将会直接影响到飞行器的安全系数以及其应用领域的经济效益。而莫来石纤维具有良好的耐火性能，同时，纤维以及纤

2、维编织体具有弹性特征。所以本实验第一阶段设计以莫来石纤维毡为基体，采用硅溶胶作为粘结剂，通过浸渍、抽滤、干燥及热处理，制备以莫来石纤维及SiO2为主体的莫来石基弹性隔热陶瓷。研究了硅溶胶酸碱性、浓度以及热处理温度对材料的显微结构、力学性能及热性能等的影响。第二阶段在上述材料表层涂覆陶瓷涂层，通过分析粘结剂、氧化硼、硼酸的添加对涂层的抗折、抗冲击性能的影响，探索最佳涂层的配比。实验中发现：(1)碱性硅溶胶的耐热性更高，样品在1300℃热处理时强度达到最大值0.948MPa，而酸性硅溶胶耐热性较差，制备的样品在1200

3、℃达到强度的最大值0.835MPa，热处理温度再升高后，发现高温会对材料的整体结构造成破坏；(2)材料的密度受硅溶胶酸碱性及浓度的影响。采用酸性硅溶胶制备的样品比碱性密度更低；随着硅溶胶浓度的提高，采用酸、碱性硅溶胶制备的材料的密度都会有所上升；(3)随着热处理温度由1100℃上升至1400℃，碱性硅溶胶制备样品的热导率由0.071W/(m·K)上升至0.1041W/(m·K)，酸性的样品由0.065W/(m·K)上升到0.096W/(m·K)。在压缩率4%点上，碱性样品的回弹率由90.4%下降至77.6%，酸性样

4、品由82.5%下降至55.8%；(4)随着硅溶胶浓度由10%上升到30%，酸、碱性硅溶胶制备样品的强度均上升，热导率以及试样的回弹率也会提高，均在浓度30%时达到最大值；(5)在涂层浆料中加入PVA或者PVP水溶液均能防止浆料产生沉淀和分层等现象，不加粘结剂的涂层在干燥和热处理过程中会产生开裂现象；经过对比实验得知7wt%PVP水溶液作为分散介质时所制备的涂层性能较好；(6)随着涂层中硼酸和氧化硼含量的增加，试样的抗折强度增大，在硼酸含量为16.8wt%时，达到最大值为3.174MPa，低于添加相应百分比含量的氧化

5、硼涂层的抗折强度3.595MPa；.随着涂层中硼酸和氧化硼含量的增加，试样的抗冲击能力先增大后减小，在硼酸含量为11.2wt%时试样的冲击韧性达到最大值1.309J/cm2，高于添加相应百分比含量的氧化硼涂层的冲击韧性1.083J/cm2。关键词：莫来石纤维毡；硅溶胶；回弹性；复合材料；莫来石涂层；热防护ABSTRACTWiththedevelopmentofaeronauticindustryandthegradualincreasingattentiontoenergyconservation,thehight

6、emperaturethermalinsulationmaterialsattractedbroadattentionoftheresearchers.Thetemperatureresistance,compressiveresistance,elasticityandtheperformanceofthermalinsulationmaterialgareassociatedwiththesafetycoefficientandeconomicbenefitsoftheaircraft.Themullitefi

7、berhasgoodheatresistance,andfiberfabricalsohavegoodelasticitycharacteristics.Inthefirststageofthisexperiment,themullitefiberisdesignedtobethematrix,usingsilicasolasbinder,perparethemullite-basedelasticinsulatingmaterialwhosesubjectisformedwithmullitefiberandSi

8、O2byimmersion,filtration,dryingandheattreatment.Theinfluenceofacidicoralkaline,concentrationofsilicasolandheattreatmenttemperatureonthemicrostructure,mechanicalpropertiesandthermal