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现代高科技的发展日新月异,对材料的性能要求也越来越苛刻,单一的材料难以满足实用要求。为研制和开发具有优异性能和功能的新材料,通过有机高分子与无机材料及增强材料烧结的方法,使其相互融汇,兼备各长,研制新型的,具有高强高模及高温耐磨性能的新型烧结合金材料,是当前材料工业发展的一个重要方向。 本文选择高技术陶瓷中的皎皎者—SiC作无机材料。液体酚醛树脂和煤沥青作有机高分子材料,并选择高模量碳纤维及碳纤维布作增强增韧材料,分别采用“预混成型法”和“涂布层叠法”进行复合成型,然后在高纯氩气保护下分别以常压和热压法进行高温烧结。首次获得了具有高强高模及高温耐磨性能的短碳纤维增强SiC/碳烧结合金(抗压强度达2228MPa,抗弯强度达344MPa)和具有极高的抗高温氧化性能的碳布增强SiC/碳烧结合金(800℃时热失重仅为0.59%)的新材料。并认为,所得烧结合金具有高的开发应用价值。本文从亚微结构——性能的关系角度出发,对材料的性能及其各种影响因素进行了深入细致的研究。提出了具有创新意义观点,并应用群子统计理论建立了有关理论模型。 本文首次将“表观活化能谱”的新概念应用于热失重曲线的分析中,详细研究了酚醛和沥青在不同环境中和不同温度范围内的热解机理。结果发现,在紧密包围的SiC中,酚醛的热解反应受到活化,而其交联反应受到阻滞;在此环境中稠环芳烃的聚合得到活化,而其裂解受到阻滞。本文首次采用加入某些有机高分子提高短碳纤维在SiC中分散性的方法,得到了分散性很好的短碳纤维/SiC/有机高分子烧结复合体,解决了多年来的一大难题。 本文采用沥青和酚醛作了对比实验,发现,沥青对SiC的高温烧结有阻滞作用,导致烧结合金的密度减小,强度降低;而加有酚醛的烧结合金结构紧密,SiC与纤维结合牢固,具有较高的密度和强度。研究表明,酚醛含量过多或过少均得不到理想的成型坯体,且随酚醛含量的增加,烧结合金的密度及强度有下降的趋势。研究还发现,加入适量的短碳纤维可使烧结合金结构致密,纤维与基体结合牢固,从而使烧结合金的抗弯强度由228MPa提高到279MPa,抗压强度由1000MPa提高到1600MPa。但是,过量的短碳纤维对SiC烧结过程中的颗粒迁移,熔结及整体收缩有阻滞作用,从而对宏观性能不利。