一种SiO2/Al2O3复相陶瓷纤维的制备及力学和热学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mabin85281528
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陶瓷纤维是陶瓷材料制备而成的一维材料,具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小等优点,在航空航天耐隔热材料方面有着广泛应用。但陶瓷纤维材料具有较低的可靠性,故本课题通过制备复相结构陶瓷纤维以提高其性能特点,在经前期调研发现,通过离心纺丝制备方法制备复相陶瓷纤维有着明显的优势,且通过前期试验证明的实验的可行性,故本文采用离心纺丝方式制备陶瓷纤维,并进入深入研究其特点。本课题拟采用独创的优化前驱体溶液离心甩丝技术制备一种SiO2/Al2O3复相陶瓷纤维,对离心设备进行设计及加工改装,以Al2O3与SiO2结合为研究载体,研究不同黏度比例和不同处理温度对复相纤维的微观形貌结构特征以及其力学性能和热学性能,阐明Al2O3与SiO2复相纤维的结合机理。采用离心甩丝制备了不同黏度比例的前驱体纤维,在不同的高温热处理下制备成陶瓷纤维,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对陶瓷纤维进行了形貌和微观结构研究。结构表明,不同比例黏度对复相纤维的结构和形貌没有明显影响,但不同处理温度,对纤维表面有着重要影响,热处理温度较低时,β-Al2O3和γ-Al2O3的含量较高,随着处理温度的升高,β-Al2O3和γ-Al2O3转化为α-Al2O3。探究其力学性能及断裂机制,利用拉伸机对其进行单丝拉伸,并对其断裂形貌进行分析,在不同粘度比例下,其力学性能先升高后降低,在比例为1:40性能较好;在不同的处理温度下,其拉伸性能随着处理温度的升高而增大。在比例为1:40,处理温度为1400℃时,其单丝拉伸强度达130.1 MPa,弹性模量为6.4 GPa。根据拉伸断裂形貌显示分析,可知其断裂方式为脆性断裂。研究分析复相纤维的热学性能,热学性能研究结构表明,前驱体纤维在加热到1400℃过程中,当温度达800℃以上时,样品质量保持不变。在1200℃~1400℃温度区间,其热导约为0.033 W/(m·K),充分说明复相纤维在高温环境下具有良好的稳定性。
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