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改性SiC_f/Epoxy复合材料的吸波性能和力学性能研究

作　者: 王磊
导　师: 王应德
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: SiC纤维 三叶形截面 圆形截面 改性处理 阻抗匹配 反射率 力学性能
分类号: TQ343.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


碳化硅纤维具有优异的力学性能及耐高温性能,同时其吸波性能的研究越来越受重视。为进一步提高SiC纤维的吸波性能,本文分别对圆形和三叶形SiC纤维进行改性处理,研究其介电性能,根据阻抗匹配原则,设计和制备了一种短切SiC纤维/石蜡吸波材料,重点研究并设计了一种多层正交铺排连续SiCf/Epoxy吸波材料。分别对圆形截面和三叶形截面SiC纤维进行热处理改性,使其ε’、ε"、tanδ同时发生较大变化,获得了六种介电性能不同的介电损耗型SiC纤维和一种透波型SiC纤维,介电损耗型SiC纤维在10GHz频段,ε’值和ε"值分别在6~13和5~8可调。以阻抗匹配设计为指导,采用不同介电常数的四种短切SiC纤维制备的四层吸波复合材料,反射率峰值为-18dB,在10~18GHz频段反射率低于-10dB,在8~10GHz频段内反射率低于-8dB,表现出良好的吸波性能。通过模压成型工艺制备了改性前后的圆形和三叶形连续SiC纤维增强环氧树脂复合材料单向板,获得了单向板材料在0°和90°方向的等效介电常数。与同轴测试样中短切纤维的介电常数值对比分析表明,二者在随频率变化的趋势上基本相同,但数值相差很大,不能相互代替。通过研究连续SiC纤维正交铺层板的层数和厚度对其在不同方向上吸波性能的影响,获得了多层正交铺层板的等效介电常数εeff的计算公式,正交铺层组数超过8时,该等效介电常数可以代替正交铺层板中各层在两个方向的介电常数值。根据阻抗匹配原则,设计的连续SiCf/Epoxy正交铺层吸波复合材料,总厚度2.1mm,三种纤维(O-un、Y-450、O-500)各2层,每层厚度0.35mm。在总厚度固定的前提下,单层厚度变化0.1mm对吸波性能影响不大。吸波材料在两个方向上,反射率低于-10dB的频宽都超过了8.5GHz,具有较好的吸波效果。三叶形连续SiCf/Epoxy复合材料的力学性能初步研究表明,纤维含量为34vt%的单向板,拉伸强度为634MPa,弹性模量76GPa。纤维含量为54vt%的单向板,弯曲强度超过850MPa,弹性模量64GPa;层间剪切强度为超过25MPa;纤维含量为54vt%的0°/90°铺层(8层)复合材料,拉伸强度为288MPa,弹性模量10GPa。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 前言  12-24
  1.1 吸波材料吸波原理及其分类  12-15
    1.1.1 吸波材料吸波原理  12-13
    1.1.2 阻抗匹配分析  13-14
    1.1.3 吸波材料分类  14-15
  1.2 碳纤维结构吸波材料  15-17
    1.2.1 特殊表面处理  15
    1.2.2 改变截面  15-16
    1.2.3 PAN 纤维低温烧制  16
    1.2.4 改变排布方式及间距  16-17
  1.3 碳化硅纤维结构吸波材料  17-22
    1.3.1 高温处理法  18-19
    1.3.2 表面改性法  19
    1.3.3 掺杂异元素法  19-20
    1.3.4 异形截面法  20-22
  1.4 本文的研究背景及主要研究内容  22-24
    1.4.1 本文研究背景  22-23
    1.4.2 本文主要研究内容  23-24
第二章 实验及表征  24-30
  2.1 实验部分  24-27
    2.1.1 研究思路和路线  24-25
    2.1.2 实验原料及主要仪器设备  25
    2.1.3 实验装置及过程  25-27
  2.2 性能表征  27-30
    2.2.1 同轴环法测试介电常数  27-28
    2.2.2 反射率测试  28-29
    2.2.3 力学性能测试  29-30
第三章 结果与讨论  30-73
  3.1 改性对短切SiC 纤维介电性能的影响  30-36
    3.1.1 改性对短切SiC 纤维介电性能的影响  30-34
    3.1.2 改性对短切SiC 纤维吸波性能的影响  34-35
    3.1.3 小结  35-36
  3.2 多层短切SiC 纤维吸波材料设计与制备  36-42
    3.2.1 多层短切SiC 纤维吸波材料阻抗匹配设计  36-40
    3.2.2 多层短切SiC 纤维复合材料的制备及其吸波性能  40-42
  3.3 连续SiCf/Epoxy 单向板的介电性能  42-55
    3.3.1 圆形SiCf/Epoxy 单向板的介电性能  43-47
    3.3.2 三叶形SiCf/Epoxy 单向板的介电性能  47-49
    3.3.3 500℃处理圆形SiCf/Epoxy 单向板介电性能  49-51
    3.3.4 450℃处理三叶形 SiCf/Epoxy 单向板的介电性能  51-54
    3.3.5 连续纤维与短切纤维介电性能差异的分析  54
    3.3.6 小结  54-55
  3.4 连续SiCf/Epoxy 复合材料阻抗匹配设计  55-65
    3.4.1 正交铺层纤维板的等效介电常数  55-58
    3.4.2 单种纤维正交铺层板吸波性能  58-61
    3.4.3 多种纤维阻抗匹配设计  61-64
    3.4.4 小结  64-65
  3.5 连续三叶形SiCf/Epoxy 复合材料的力学性能  65-73
    3.5.1 连续三叶形SiCf/Epoxy 单向板的拉伸性能  65-68
    3.5.2 0°/90°铺层连续三叶形SiCf/Epoxy 复合材料的拉伸性能  68-69
    3.5.3 连续三叶形SiCf/Epoxy 单向板的弯曲性能  69-71
    3.5.4 连续三叶形SiCf/Epoxy 单向板的层间剪切性能  71-72
    3.5.5 小结  72-73
第四章 结论  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
攻读硕士学位期间取得的学术成果  81

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 无机纤维 > 碳化硅纤维
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