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磷酸盐基复合材料的制备及性能研究

作　者: 王犇
导　师: 温广武
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 磷酸铬铝 复合材料 力学性能 热膨胀系数 抗热震性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


航天透波材料是先进制导的关键技术之一,磷酸盐材料体系在800°C以下具有与石英类材料相似的优异介电性能,同时该体系还具有成本低、成型工艺简单、生产周期短的特点,是战术导弹天线罩材料的候选材料之一。本文以磷酸铬铝为基体材料,Si3N4颗粒和硼酸铝晶须/Si3N4颗粒分别为增强材料,制备耐高温透波复合材料。以磷酸、氢氧化铝和氧化铬按摩尔比12:3:1制备磷酸铬铝（CAP）溶液,通过差热分析（DTA）、X射线衍射仪（XRD）、粘度和吸湿性等测试技术,研究了磷酸铬铝胶黏剂的固化工艺、相组成、高温热稳定性、力学性能以及粘结固化机理。在此基础上,利用了磷酸盐自身低温固化的性质,采用无压烧结技术,制备出Si3N4p/CAP和ABw-Si3N4p/CAP复合材料。研究了颗粒和晶须含量以及固化工艺、烧结制度对材料组织结构、力学性能和热学性能的影响,初步探讨了材料的增强增韧机理。复合材料中氮化硅颗粒、硼酸铝晶须以及数量较多的孔洞均匀地分布于磷酸盐基体中。复合材料在900°C烧结前后未有新相生成,且增强相与基体之间未有界面反应发生。Si3N4p/CAP复合材料的抗弯强度明显高于ABw-Si3N4p/CAP复合材料,而断裂韧性不及晶须增强磷酸盐基复合材料,主要原因是致密度差异。Si3N4p/CAP复合材料的抗弯强度最高可达79.0MPa,最大断裂韧性为2.7MPa·m1/2。ABw-Si3N4p/CAP复合材料的最大抗弯强度为63.7MPa,最大断裂韧性为3.1MPa·m1/2。Si3N4p/CAP和ABw-Si3N4p/CAP的两种磷酸盐基复合材料的热学行为变化规律相似:热膨胀系数随着温度的升高而增大。不同颗粒含量和晶须含量直接影响复合材料的热膨胀性能。两种复合材料的热膨胀系数都很小,最小热膨胀系数分别为1.63×10-6/K和2.73×10-6/K。Si3N4p/CAP和ABw-Si3N4p/CAP两种磷酸盐基复合材料都具有很好的抗热震性能,其中Si3N4p/CAP略高于ABw-Si3N4p/CAP。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 天线罩材料的性能要求及常用材料体系  11-15
    1.2.1 天线罩材料的性能要求  11-12
    1.2.2 常用天线罩材料体系  12-15
  1.3 国内外在天线罩方面的研究进展  15-18
    1.3.1 国外天线罩材料的研究进展  15-17
    1.3.2 国内天线罩材料的研究进展  17-18
  1.4 研究的意义及主要内容  18-21
    1.4.1 研究的目的和意义  18-20
    1.4.2 主要研究内容  20-21
第2章 复合材料的制备工艺与研究方法  21-28
  2.1 主要试验原材料及试验设备  21-22
    2.1.1 主要试验原料  21-22
    2.1.2 主要试验设备  22
  2.2 试验材料的成分与制备工艺  22-24
    2.2.1 试验材料的成分设计  22-23
    2.2.2 复合材料的制备工艺  23-24
  2.3 复合材料实验研究方法  24-28
    2.3.1 密度及致密度的测定  24-25
    2.3.2 抗弯强度的测定  25
    2.3.3 断裂韧性的测定  25
    2.3.4 pH值的测定  25-26
    2.3.5 粘度的测定  26
    2.3.6 DTA分析  26
    2.3.7 吸湿性试验  26
    2.3.8 热膨胀系数的测定  26-27
    2.3.9 抗热震性能的测试  27
    2.3.10 XRD物相分析  27
    2.3.11 扫描电镜（SEM）分析  27-28
第3章 磷酸铬铝基体的制备及性能研究  28-39
  3.1 磷酸铬铝基体的制备  28-29
    3.1.1 磷酸铬铝体系的选择  28-29
    3.1.2 磷酸铬铝基体的制备  29
  3.2 磷酸铬铝基体的粘结固化机理  29-33
  3.3 磷酸铬铝基体的性能表征  33-36
    3.3.1 磷酸铬铝基体的物理性能  33-34
    3.3.2 磷酸铬铝基体的热性质  34
    3.3.3 磷酸铬铝基体的物相分析  34-36
  3.4 磷酸铬铝基体的吸潮及处理方法  36-37
  3.5 磷酸铬铝基体的致密度与抗弯强度  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的制备及性能表征  39-54
  4.1 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的结构表征  39-42
    4.1.1 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的相组成  39
    4.1.2 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的显微组织结构  39-42
  4.2 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的力学性能  42-46
    4.2.1 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的抗弯强度  42-43
    4.2.2 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的断裂韧性  43-45
    4.2.3 增韧机理分析  45-46
  4.3 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的热学性能  46-51
    4.3.1 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的热膨胀性能  46-48
    4.3.2 Si_3N_(4p)/CAP复合材料的抗热震研究  48-51
  4.4 工艺参数的讨论  51-52
  4.5 性能比较  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第5章 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的制备及性能表征  54-67
  5.1 前言  54
  5.2 硼酸铝晶须的制备  54-57
    5.2.1 热力学计算基础  54-55
    5.2.2 硼酸铝晶须的反应热力学计算  55-56
    5.2.3 硼酸铝晶须的制备  56-57
  5.3 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的结构表征  57-60
    5.3.1 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的相组成  57-58
    5.3.2 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的显微组织形貌  58-60
  5.4 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的力学性能  60-64
    5.4.1 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的抗弯强度  60-62
    5.4.2 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的断裂韧性  62
    5.4.3 增韧机理分析  62-64
  5.5 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的热学性能  64-65
    5.5.1 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的热膨胀性能  64
    5.5.2 AB_w-Si_3N_(4p)/CAP复合材料的抗热震研究  64-65
  5.6 性能比较  65-66
  5.7 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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