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浅谈碳纤维原位增韧Al_2O_3陶瓷基复合材料的制备与性能学位论文
层石墨结构的D线;添加剂的加入明显改进了碳纤维与基体的界面结合,当添加剂含量为3vol.%,先驱纤维含量为20vol.%时,复合材料的抗弯强度为347.88MPa,断裂韧性达8.22MPa·m1/2,其增韧机制主要为纤维拔出、纤维桥联和裂纹偏转。                  关键词:碳纤维论文  氧化铝论文  复合材料论文  增韧论文  界面论文本论文由{#GetF
摘要:本论文从聚丙烯腈预氧化纤维作为先驱纤维,在真空热压烧结历程中制备原位转化碳纤维增韧氧化铝陶瓷基复合材料,探讨了复合材料中碳纤维的微观组织结构、增韧机制、碳纤维与基体的界面从及复合材料的综合性能,优化了复合材料的制备工艺。TEM观察发现原位改变生成的碳纤维表层呈现显著的石墨片层结构,碳原子层面的晶面间距约为0.3455nm;在其拉曼谱上1580cm-1和1360cm-1附近观察到天然石墨固有的G线和乱层石墨结构的D线;添加剂的加入明显改进了碳纤维与基体的界面结合,当添加剂含量为3vol.%,先驱纤维含量为20vol.%时,复合材料的抗弯强度为347.88MPa,断裂韧性达8.22MPa·m1/2,其增韧机制主要为纤维拔出、纤维桥联和裂纹偏转。 关键词:碳纤维论文 氧化铝论文 复合材料论文 增韧论文 界面论文
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    摘要5

    Abstract5-6

    详细摘要6-9

    Detailed Abstract9-16

    1 引言16-36

    1.1 陶瓷材料16-20

    1.1.1 陶瓷材料的分类16-17

    1.1.2 氧化铝陶瓷17-18

    1.1.3 氧化铝陶瓷的性能及运用18-19

    1.1.4 氧化铝陶瓷的制备工艺19-20

    1.2 陶瓷材料的增韧技术20-23

    1.2.1 自增韧20-21

    1.2.2 纤维增韧21

    1.2.3 颗粒增韧21

    1.2.4 相变增韧21-22

    1.2.5 原位复合技术22-23

    1.3 碳纤维增韧陶瓷基复合材料23-32

    1.3.1 碳纤维极为分类23

    1.3.2 PAN 基碳纤维的进展过程23-24

    1.3.3 PAN 基碳纤维的制备24-27

    1.3.4 纤维增韧陶瓷基复合材料极为分类27

    1.3.5 碳纤维增韧陶瓷基复合材料的增韧原理27-28

    1.3.6 碳纤维增韧陶瓷基复合材料的设计原则28-29

    1.3.7 碳纤维增韧陶瓷基复合材料的界面29-30

    1.3.8 碳纤维增韧陶瓷基复合材料的探讨发展30-32

    1.4 选题的作用、创新点及探讨内容32-36

    1.4.1 选题的作用32-33

    1.4.2 创新点33

    1.4.3 主要探讨内容33-36

    2 实验材料及探讨办法36-46

    2.1 实验原料36-37

    2.1.1 氧化铝粉末36

    2.1.2 先驱体36-37

    2.1.3 添加剂37

    2.2 实验设备37-38

    2.3 实验流程38

    2.4 材料的组织结构表征38-41

    2.4.1 相对密度的测定38-39

    2.4.2 热物性能分析39

    2.4.3 XRD 物相分析39-40

    2.4.4 扫描电镜(SEM)观察及成分(EDS)分析40

    2.4.5 高分辨透射电镜(HR-TEM)观察40

    2.4.6 红外光谱分析40

    2.4.7 拉曼光谱分析40-41

    2.5 材料的力学性能测试41-43

    2.5.1 维氏硬度的测定41

    2.5.2 断裂韧性的测定41-42

    2.5.3 抗弯强度的测定42-43

    2.5.4 纳米力学探针43

    2.6 材料的摩擦学性能测试及表征办法43-46

    2.6.1 磨损率43-44

    2.6.2 摩擦系数44-46

    3 原位转化碳纤维增韧氧化铝基复合材料制备工艺46-52

    3.1 PAN 预氧化纤维的物理化学性能分析46-48

    3.1.1 PAN 预氧化纤维的物相分析46-47

    3.1.2 PAN 预氧化纤维的热物性能分析47-48

    3.2 烧结工艺的优化48-49

    3.2.1 烧结温度的选择48

    3.2.2 烧结压力的制定48-49

    3.3 复合材料的成分设计及制备49-50

    3.4 本章小结50-52

    4 碳纤维的原位生成判据52-64

    4.1 原位碳纤维的红外光谱分析52-53

    4.2 原位碳纤维的拉曼光谱分析53-54

    4.3 原位碳纤维的微观形貌及结构54-59

    4.4 原位碳纤维的力学性能59-62

    4.4.1 弹性模量59-61

    4.4.2 硬度61-62

    4.5 本章小结62-64

    5 复合材料的组织结构与性能探讨64-80

    5.1 原位碳纤维的取向分布及致密度64-67

    5.1.1 原位碳纤维的取向分布64-65

    5.1.2 复合材料的致密度65-67

    5.2 氧化铝基复合材料的组织结构67-71

    5.2.1 显微组织67-68

    5.2.2 相结构分析68-71

    5.3 氧化铝基复合材料的力学性能71-79

    5.3.1 显微维氏硬度71

    5.3.2 抗弯强度71-75

    5.3.3 断裂韧性75-79

    5.4 本章小结79-80

    6 复合材料界面的探讨80-106

    6.1 原位碳纤维与基体的界面结合形式80-81

    6.2 复合材料界面的优化设计81-83

    6.2.1 添加剂的选择及成分设计82-83

    6.3 添加剂对复合材料组织结构及界面的影响83-95

    6.3.1 碳纤维的分布及致密度83-85

    6.3.2 物相分析85-86

    6.3.3 复合材料的显微组织86-89

    6.3.4 界面区微观组织结构89-92

    6.3.5 界面区成分分析92-95

    6.4 添加剂对复合材料性能的影响95-104

    6.4.1 显微维氏硬度95-96

    6.4.2 抗弯强度96-99

    6.4.3 断裂韧性99-100

    6.4.4 摩擦磨损性能100-104

    6.5 本章小结104-106

    7 结论与展望106-110

    参考文献110-118

    致谢118-120

    作者介绍120

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