关键词： SiCw   Al2O3   凝胶注模成型   力学性能   强韧化机理  

摘要： AlO陶瓷具有熔点高、硬度高、耐酸碱腐蚀以及优良的电绝缘性等优异性能,在能源、航天、机械、汽车和化工等领域都有着广泛的应用。由于氧化铝陶瓷材料所具备的特点,使其在烧结之后很难再进行二次加工。所以本实验采用了凝胶注模成型工艺,无需进行二次加工即可满足坯体的成型要求。为达到强韧化陶瓷的目的,将SiC(碳化硅晶须)作为第二添加相,在氩气保护气无压烧结的条件下制备了SiC/AlO复相陶瓷。本文的主要研究内容和结论如下:(1)研究了氧化铝粉体的表面改性和SiC含量与料浆流变性能的关系,并对氧化铝浆料的粘度值进行了分析。研究表明,当SiC含量达到10%时,AlO基陶瓷复合浆料的粘度值为67Pa·s,复合浆料的流变性能较好。(2)研究了pH值和分散剂与氧化铝浆料稳定性能的关系,对氧化铝浆料进行了Zeta电位的测定。研究表明,当料浆pH值为9、分散剂含量为1wt%时,Zeta电位的绝对值达到最大值,此时浆料处于最稳定的状态。(3)研究了SiC含量与氧化铝陶瓷性能的关系,并对氧化铝陶瓷的气孔率、抗弯强度、断裂韧性等性能进行了分析。研究表明,当SiC含量为10%时,SiC/AlO陶瓷的抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为48MPa和3.01MPa·m。(4)本文对SiC的强韧化机理进行了研究,并通过微观形貌等检测手段对其进行了详细的分析。研究表明,增韧相SiC通过晶须拔出、裂纹偏转以及裂纹桥接等形式消耗了裂纹扩展能,起到了增韧氧化铝陶瓷的作用,提高了陶瓷材料的力学性能。(5)研究了烧结制度与氧化铝陶瓷性能的关系,并对氧化铝陶瓷的气孔率、抗弯强度、断裂韧性等性能进行了分析。研究表明,当烧结温度为1550℃、保温时间为3h时,SiC/AlO陶瓷的抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为82MPa和5.11MPa·m。

关键词： 石墨烯纳米片   铝锆碳   低碳滑板   碳化硅晶须  

摘要： 通过原子力显微镜和透射电子显微镜表征石墨烯纳米片的形态,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等表征滑板的物相组成和微观形貌,研究了石墨烯纳米片对低碳Al2O3-ZrO2-C滑板结构和性能的影响。结果表明:加入石墨烯纳米片能够填充滑板中的微细孔隙,促进颗粒间碳化硅晶须的形成,有效提升滑板的性能,当加入1.5%的石墨烯纳米片刚玉复合粉替代碳黑后,滑板既有较好的抗氧化性,其强度和抗热震性能也显著提高。

关键词： 无机添加剂   金属锂   预制SEI膜   PVDF-HFP   碳化硅晶须   铜箔  

摘要： 以PVDF-HFP为基质,在铜箔上预制SEI膜,实现金属锂负极安全、稳定的工作。将不同种类和比例的无机添加剂混入基质中,通过对预制SEI膜进行扫描电镜、热重、拉伸、离子电导率等测试,研究了添加剂对预制SEI膜形貌、组成、强度等性能的影响。此外,以涂覆不同添加剂预制SEI膜的铜箔为正极,金属锂片为负极,制备扣式电池,研究了添加剂对预制SEI膜循环性能的影响。结果显示,添加纳米碳化硅晶须时,循环性能最优,较无添加时提升24.7%。添加不同类型的无机添加剂后,PVDF-HFP基质的晶粒尺寸、联结强度和孔结构等发生变化,从而影响基质的强度和离子电导率,基质的热稳定性也有不同程度的降低。

关键词： 环氧树脂   偶联剂修饰   非线性电导特性   击穿场强  

摘要： 在高压电气设备中使用非线性电场梯度绝缘材料可以有效缓解关键位置的电场集中。但具有优异非线性特性的复合介质往往需要掺杂大量无机填料,容易诱发填料团聚及其与基体的相容性差等问题,严重限制了复合介质在高压电气设备中的应用。因此,该文选用碳化硅晶须(SiCw)填充环氧树脂(EP)以改善其非线性特性,同时使用硅烷偶联剂(KH550)修饰SiCw,通过改善填料与基体的相容性进一步优化复合介质的绝缘性能。结果表明,与掺杂未修饰SiCw的复合介质相比,经1%KH550修饰的SiCw填料在基体中的分布更均匀,与环氧树脂的相容性更好。同时,用1%KH550改性的SiCw掺杂的复合材料实现了在低掺杂量下获得显著的非线性特性,并且在较高掺杂量下使击穿强度的下降得到明显的抑制。

关键词： 聚酰亚胺   导热   绝缘   六方氮化硼   碳化硅晶须   复合模压材料  

摘要： 采用固相共混方法将六方氮化硼(h-BN)和碳化硅晶须(SiCw)作为导热填料对单醚酐型聚酰亚胺(PI)模塑粉进行改性,然后通过热模压工艺制备PI导热绝缘复合模压材料,并对其性能进行表征。测试结果表明:h-BN可以有效提高模塑料导热性能、热性能和电绝缘性能,但会降低材料力学性能;SiCw可以有效提高复合材料导热性能、热性能和力学性能,但会显著降低电绝缘性能。将h-BN/SiCw复配使用,在显著提高复合材料导热性能和热性能的同时又可保持其良好的力学性能和电绝缘性能。添加30%(质量分数)h-BN/SiCw(3/1),复合材料导热系数提高至1.21 W/(m·K),是未改性PI材料的4.84倍,弯曲强度为142MPa,体积电阻率为1.27×10^14Ω·cm,线性热膨胀系数(CTE)显著降低为55.6μm/(m·℃)。

关键词： 纳米碳化硅   碳化硅晶须   三元乙丙橡胶   非线性电阻率  

摘要： 采用纳米碳化硅(SiC)或SiC晶须改性的三元乙丙橡胶制备复合材料,研究了SiC用量对复合材料体积电阻率的影响,分析了非线性电阻产生的机理。结果表明,在低场强区(电场强度小于10 kV/mm),复合材料的电阻率随着SiC用量的增加缓慢下降;在高场强区(大于20 kV/mm),复合材料的电阻率随着SiC用量的增加快速下降;SiC用量增大时,SiC粒子间的距离减小,非线性效果增强;采用大长径比的SiC晶须作为改性材料可以降低非线性电阻的临界电场强度。

关键词： 碳化硅晶须   磷酸钆   相组成   第二相   增韧机理  

摘要： GdPO4是一种极具应用潜力的热障涂层材料,但其断裂韧性有待进一步提升。本文在GdPO4中掺杂SiCw,研究了二者的高温相容性以及反应产物相组成,探究了SiCw掺杂量对断裂韧性的影响。研究结果表明,掺杂有SiCw的GdPO4在高温下发生两相反应:SiCw掺杂量为10 mol%时,反应产物为Gd9.33(SiO4)6O2和SiO2;掺杂量为20 mol%时,反应产物为SiO2、Gd2Si2O7和Gd9.33(SiO4)6O2;更高掺杂量(30 mol%)时,反应产物基本为Gd2Si2O7。反应形成的新相对GdPO4有较明显的增韧作用。当SiCw掺杂10 mol%时,复合材料的断裂韧性比纯GdPO4提高20%左右,达到1.37 MPa•m^1/2±0.1 MPa•m^1/2。韧化机理在于新形成的第二相有助于降低裂纹尖端扩展驱动力且产生细晶强化。此外,反应形成的Gd9.33(SiO4)6O2具有较低的热导率,有利于涂层材料的隔热性能。

关键词： 竹节状   碳化硅晶须   吸波性能  

摘要： 采用电磁波吸收材料来降低电磁波对设备的干扰及对人体的伤害,是目前常用的电磁波防护手段之一。特定结构碳化硅晶须作为一种一维介电材料,其优于普通的晶须、块状和颗粒状的吸波性能引起了研究人员的关注。本研究以生竹粉、硅粉和二氧化硅为原料,通过碳热还原法在不同温度下制备了竹节状碳化硅晶须,并对其结构和吸波性能进行了检测分析。结果表明:以1400℃烧结的竹节状晶须制备的试样在厚度为3 mm,频率为9.1 GHz时,最小反射损耗达到-14.4 dB,有效吸收带宽为1.8 GHz,吸波性能最好,具有进一步研究价值。

关键词： 碳化硼   凝胶注模   反应烧结   碳化硅晶须   二硼化钛  

摘要： 凝胶注模成型BC陶瓷是一种将利用高分子有机单体交联原位聚合形成三维骨架网络,并将BC陶瓷颗粒固定在其中的新方法。通过凝胶注模工艺制备的陶瓷素坯具有各组成相分布均匀且干燥后体积收缩率较低的优点。在传统的炭黑-过硫酸铵(APS)体系中,炭黑对于单体聚合具有阻碍作用。反应烧结法对比其它的BC烧结方法如无压烧结和热压烧结,具有烧结的最高温度较低,烧结后的陶瓷成品致密化程度高和生产工艺流程简单的优点。本文通过引入绵白糖作为凝胶注模BC陶瓷浆料的碳源并减少炭黑掺入,对影响BC陶瓷水基料浆流变性的固含量、颗粒级配和球磨时间等实验参数进行研究,以解决水基料浆粘度高和陶瓷素坯机械强度低的问题。通过凝胶注模成型方法制备BC陶瓷素坯,以碳化硅晶须(SiC)和二硼化钛(TiB)作为增强体,制备了反应烧结BC陶瓷复相材料。研究了SiC及TiB的添加量对BC陶瓷水基料浆流变性能的影响,分析测试了复相材料中的组织成分、显微机构及力学性能的变化,并探讨了其增韧强化机理。研究结果表明:(1)将绵白糖作为碳源以减少料浆中的炭黑添加量,可以提高料浆的流变性;但是过量的绵白糖会破坏坯体结构,降低材料机械性能。当分散剂PVP的加入量为BC粉体质量的3 wt%,BC粉体W3.5与W10质量比为3:7,浆料球磨时间为150min,炭黑和绵白糖的质量比为1:2时,可以得到固相含量为54vol%,流动性能够符合注模工艺要求的陶瓷料浆,固化成型后的陶瓷素坯和烧结体结构完整且力学性能良好。(2)以SiC作为增韧体,采用凝胶注模工艺,在1500℃下成功制备得到反应烧结SiC/BC陶瓷材料。随着SiC含量的增加,水基料浆的粘度不断上升。而SiC/BC复相材料的硬度、抗弯强度及断裂韧性则出现先提高后下降的趋势。当SiC的含量为12wt%时,抗弯强度最大值为201MPa;当SiC的含量为8wt%时,材料的断裂韧性为3.42MPa·m。SiC晶须拔出是复相材料增韧的主要机制。(3)以TiB作为增强体,采用凝胶注模工艺,在1500℃下制备得到了反应烧结TiB/BC陶瓷材料。当TiB掺入量小于4wt%时,混合后的水基浆料粘度的变化不大。当TiB掺入量超过16wt%时,水基料浆的粘度将超过1000m Pa·s。随着TiB含量的提高,材料的断裂韧性随之上升,而复合材料的弯曲强度则是呈现先上升后下降的趋势。当TiB的含量为12wt%时,抗弯强度最大值为227MPa;当TiB的含量为16wt%时,材料的断裂韧性为3.37MPa·m。复相材料中的裂纹尖端遇到残余应力场和TiB颗粒发生偏转绕开的现象是材料性能得到补强增韧的主要原因。

关键词： SiC纳米晶须   SiC纳米纤维   包覆   反应熔渗   复合材料  

摘要： 碳化硅陶瓷因其密度低、强度高、耐高温和抗氧化等优异性能,广泛应用于安全防护、航空航天与电子等领域。但因脆性大、可靠性差等缺点,限制其作为高温结构材料的应用。通常在碳化硅陶瓷中引入晶须、纤维等增强体制备成碳化硅陶瓷基复合材料提高其力学性能。本文采用碳化硅纳米晶须(SiCnw)和碳化硅纳米纤维(SiCnf)两种增强体,利用反应熔渗法制备SiCnw/SiCnf增强SiC陶瓷基复合材料。主要研究工作如下:(1)SiCnw/5iCnf增强体的PyC/BN包覆,采用硼酸和尿素浸渍反应工艺对SiCnw/SiCnf进行BN包覆。研究结果表明:层状的BN界面相在SiCnw/SiCnf表面形成,其厚度约几十至几百纳米。采用酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行裂解碳(PyC)包覆。研究结果表明:PyC包覆后,BN包覆SiCnw/SiCnf表面又形成一层均匀且粗糙的PyC界面相,其厚度约几百纳米。(2)制备了 SiCnw/SiC复合材料,研究了炭黑含量对SiCnw/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnw/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当炭黑含量为12 wt%时,抗弯强度和断裂韧性达到最高值分别为273 MPa和4.3 MPa·m1/2,相比于SiC陶瓷抗弯强度提高了 20%,断裂韧性提高了 15%;当炭黑含量超过12wt%时,由于炭黑的团聚和分布不均匀,制约其力学性能的进一步提高;SiCnw/SiC复合材料断口处有明显的SiCnw拔出,说明对SiCnw进行PyC/BN包覆能避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀;SiCnw/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于晶须脱粘、晶须桥连、裂纹偏转和晶须拔出等机制,这些机制都需要消耗大量的断裂能,因而起到增强增韧作用。(3)制备了 SiCnf/SiC复合材料。基于SiCnw/SiC复合材料的研究,优化和改进制备工艺。研究了不同含量酚醛树脂为C源包覆SiCnf对SiCnf/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnf/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当酚醛树脂含量为16 wt%时,抗弯强度达到最高值为294MPa相比于SiC陶瓷提高了 29%;当酚醛树脂的含量为12 wt%时,断裂韧性达到最高值为4.74MPa·m1/2相比于SiC陶瓷提高了 22%;当酚醛树脂含量为16 wt%时,由于PyC界面结合强度高,导致SiCnf不易脱粘、拔出,进而复合材料的断裂韧性降低;SiCnf/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于纤维脱粘、纤维桥连、裂纹偏转和纤维拔出等机制,上述机制都需要吸收断裂能,因而起到增强增韧的作用。总之,相比于SiCnw,采用SiCnf作为增强体制备成复合材料的力学性能更加优异,强度、韧性明显提升。同时研究还存在以下问题待改进:对SiCnw/SiCnf包覆PyC/BN复合界面相,可以避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀,但采用硼酸和尿素浸渍反应工艺以及酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行PyC/BN包覆,因其界面结合强度难以调节,进而包覆效果不够理想。此外,SiCnw/SiCnf易团聚难以分散均匀,以及在分散过程中容易破坏SiCnw/SiCnf的形貌使纤维变短,这些因素制约了复合材料力学性能的进一步提高。