可控熱膨脹復合材料研究.pdf

1、空間光機結構件要求其本身擁有較高的精度和較好尺寸穩(wěn)定性，制備可控熱膨脹復合材料可以很好的調節(jié)和控制材料復合材料的熱膨脹性能。本文以碳纖維編織件為增強體，使用兩種不同先驅體，通過PIP工藝制備Cf/S iC及Cf/Si-C-N復合材料，在炭纖維與基體的界面之間引入負熱膨脹材料ZrW2O8，分析了其對復合材料性能的影響，另外通過對碳纖維進行界面改性，分析涂層對界面應力的影響及其對材料熱膨脹性能的影響。
　　采用聚硅氮烷為先驅體制備Cf

2、/Si-C-N復合材料，聚硅氮烷在800℃以上溫度裂解轉化為無定形Si-C-N陶瓷，1200℃陶瓷產率為70.8％，是很好的陶瓷先驅體。Cf/Si-C-N復合材料密度為1.85g·cm-3，彎曲強度407MPa，彎曲模量36GPa，斷裂韌性12.7MPa·m1/2，比彎曲強度2.2×105N·m·kg-1，較好地實現(xiàn)了輕質高強。復合材料在室溫下的熱膨脹系數(shù)為0.03×10-6K-1，實現(xiàn)了零膨脹制備復合材料，從而說明聚硅氮烷在制備零膨脹

3、材料方面具有很強的優(yōu)勢。
　　用涂層界面改性的Cf/SiC復合材料中，相同涂層沉積時間下3D3d的密度要比對3D5d的密度?。? D5d編織結構復合材料的綜合力學性能要優(yōu)于3D3d編織結構的力學性能。隨著涂層時間的增加，即涂層厚度的增大，兩種編織結構的力學性能都有下降的趨勢。C涂層3D3d的縱向熱膨脹系數(shù)隨著時間的增長先降低后升高。3D5d編織結構的熱膨脹系數(shù)隨著沉積時間的增加，熱膨脹系數(shù)一直降低，S iC涂層3D3d編織結構的熱

4、膨脹系數(shù)隨著涂層厚度的增加先升高后降低，3 D5d編織結構的熱膨脹系數(shù)隨著涂層厚度的增加而減小。兩種編織方式C涂層Cf/S iC復合材料的沉積5h時C纖維受壓應力，10h時C纖維受拉應力；3D3d編織結構SiC涂層的拉曼G峰位置偏移規(guī)律與C涂層的偏移規(guī)律相同，都是先向右移，隨著沉積時間增加又向左移。3D5d編織結構S iC涂層的拉曼G峰位置偏移規(guī)律是向左偏而后又稍向右偏，五向紗對于降低復合材料的熱膨脹系數(shù)的影響要大于涂層的影響。

5、　　采用固相化學反應法制備 ZrW2O8材料。將原料加熱到1200℃保溫24h后，放入液氮中極冷得到。制備的ZrW2O8峰形中雜峰較少，純度較高，ZrW2O8在160℃附近發(fā)生從有序相(α相)轉變?yōu)榈臒o序相(β相)，α相的熱膨脹系數(shù)為-9.97×10-6K-1；而β相的熱膨脹系數(shù)為-4.85×10-6K-1。同時還得出 HfW2O8的負熱膨脹特性與ZrW2O8極其相似。
　　采用隨爐冷卻和液氮急冷兩種冷卻方式制備出 ZrW2-xM

6、oxO8進行研究。所制備的ZrW2-xMoxO8具有α-ZrW2O8的晶體結構，在900℃才開始失重，1000℃放出大量的熱量，說明 MoO3的加入使得 ZrW2-xMoxO8的耐溫性高于 ZrW2O8；發(fā)現(xiàn)MoO3的加入，可以降低α-β的相變溫度，液氮急冷的α-β相變溫度點要明顯高于隨爐冷卻的相變溫度點。隨爐冷卻制備的 ZrW2-xMoxO8的熱膨脹性能同樣可以達到液氮急冷方法制備的效果。所以可以通過隨爐冷卻的方法制備ZrW2-xMo

7、xO8，代替液氮急冷，達到了節(jié)約能源的效果。
　　研究了將 ZrW2-xMoxO8加入到聚碳硅烷（PCS）、聚硅氮烷（PSZ）的浸漬液中，800℃處理后發(fā)現(xiàn)，塊狀的ZrW2-xMoxO8能夠穩(wěn)定地與聚硅氮烷的浸漬液共存，而ZrW2-xMoxO8粉體加入到聚碳硅烷（PCS）的浸漬液混合后高溫處理卻全部分解。由于 WO3、MoO3容易與聚碳硅烷（PCS）、聚硅氮烷（PSZ）裂解產生的 C發(fā)生反應，從而失氧變成更為穩(wěn)定的 WO2和 Mo