摘要：石英纤维表面涂层改性及其对复合材料力学性能影响的研究

石英纤维巩固氧化硅基复合资料具备耐高温、高透波率以及较高的构造强度等便宜，是暂时最要害的高温透波资料体制之一。石英纤维是一种高本能的无机纤维，因为其具备介电常数小，介电耗费低，热伸展系数低等崇高本能，在陶瓷基透波复合资料的巩固体上面有普遍的运用。一上面，石英纤维过程热处置后，展示了重要的热伤害蜕化局面，纤维的力学本能鲜明低沉；另一上面，纤维与基体之间的界面临复合资料的力学本能具备要害感化，对于陶瓷基复合资料，因为纤维与基体的界面贯串过强，使复合资料具备较低的断裂韧性。普及石英纤维巩固陶瓷基复合资料断裂韧性，发展界面题目接洽，是资料科学范围的接洽热门。为了接洽石英纤维热处置后力学本能蜕化的题目，本接洽对石英纤维举行了中高温热处置，揭穿了中高温热处置对石英纤维力学本能丢失的机理；为领会决石英纤维巩固陶瓷基复合资料界面贯串过强的题目，本接洽经过制备h-BN涂层和SiO2-BN复合涂层对石英纤维外表举行了改性，在纤维与基体之间引入一个弱界面相，并深刻接洽了涂层对石英纤维以及石英纤维巩固Si-O-C-N基复合资料力学本能的感化。对石英纤维在600℃-900℃的温度下热处置10h，沿用SEM（扫描电子显微镜），HR-TEM（高辨别透射电子显微镜），XRD（X射线衍射仪），SAED（选区电子衍射）以及丝束纤维拉伸本能尝试平分析本领对热处置前后石英纤维的外表微观形貌、构造以及力学本能举行了领会。截止表白：过程600℃热处置10h，石英纤维的固有外表缺点表露出来，纤维的拉伸强度低沉为原始纤维的1/3；700℃-900℃温度的热处领会形成石英纤维外表限制析晶，析晶地区与非晶地区的构造错配使纤维外表展示新的缺点，加快了石英纤维拉伸强度的低沉，引导石英纤维作废。以硼酸和尿素为材料，沿用化学浸渍法（dip-coating），在700℃，保鲜10h的前提下，在石英纤维外表制备了h-BN涂层。热重领会表白硼酸和尿素的反馈进程可分为熔融、固化、脱水以及氮化四个阶段。SEM查看表白当浸渍度数为1次时，涂层不许实足包覆纤维；浸渍3次时，涂层完备地包覆纤维，而且外表润滑，平均；浸渍度数到达6次之上时，涂层的外表品质低沉。沿用XRD，FT-IR（傅里叶变幻红外光谱），XPS（X射线光电子能谱）以及HR-TEM对涂层的构造、因素以及涂层与纤维的界面贯串举行了接洽。涂层为h-BN涂层，其晶粒尺寸为几十纳米，涂层与石英纤维之间贯串特殊精细。经过变换浸渍度数，不妨遏制h-BN涂层厚薄。当浸渍度数为1次，3次和6次时，涂层厚薄与浸渍度数呈线性联系，浸渍每减少一次，涂层厚薄减少34nm安排；当浸渍度数到达10次时，涂层厚薄可达300nm安排。以2.5D石英纤维编制体，PSN为基体前驱体，沿用前驱体变化法治备了2.5D石英纤维巩固Si-O-C-N基复合资料。SEM截止表露制备复合资料的热处置工艺会形成h-BN涂层晶粒长大。当裂解度数到达三次后，h-BN涂层由几十纳米成长为5μm之上的六方晶粒。该六方晶粒微观构造与涂层厚薄出色关系，当涂层厚薄为67.1nm和148.8nm时，六方晶粒为单层构造；当涂层厚薄增大为238.8nm和308.2nm时，六方晶粒为多层构造。界面剪切强度和SEM查看截止表白，h-BN涂层灵验地贬低了石英纤维与基体之间的界面贯串强度，变换了裂纹在复合资料中的扩充路途。当界面贯串强度低沉为10.8MPa时，复合资料的断裂韧性到达了3.7MPa•m1/2，是无涂层复合资料样本的2.3倍；当界面贯串强度低沉到5.2MPa时，复合资料的断裂韧性低沉到2.6 MPa•m1/2。这证明符合的界面贯串强度利于于复合资料的断裂韧性的普及，但过弱的界面贯串强度会使复合资料的断裂韧性低沉。委曲强度尝试截止表白复合资料的委曲强度随界面强度的低沉而贬低，当外表界面剪切强度为5.2MPa时，复合资料的委曲强度低沉为14.9MPa，十分于原始纤维复合资料委曲强度的三分之一。这是因为弱界面倒霉于载荷的传播，倒霉于纤维充溢表现装载效率形成的。对于h-BN涂层的六方晶粒为单层构造的复合资料样本，裂纹扩充沿着涂层与纤维的界面举行扩充，为单界面裂纹扩充形式；对于h-BN涂层的六方晶粒为多层构造的复合资料样本，裂纹扩充沿着涂层与纤维之间的界面及晶片层之间的多重界面举行扩充，为多界面裂纹扩充形式。对准h-BN纤维涂层的制备形成石英纤维力学本能低沉的题目，本舆论在h-BN纤维涂层的普通上，制备了SiO2-BN复合涂层，并沿用SEM和FT-IR查看尝试了SiO2-BN复合涂层的微观形貌及化学因素。沿用单丝纤维拉伸尝试了涂敷涂层前后石英纤维的拉伸强度，截止表白涂有SiO2-BN复合涂层的石英纤维的拉伸强度是涂有h-BN涂层和700℃热处置后的石英纤维的拉伸强度的2倍。HR-TEM截止表白h-BN制备进程中脱出的H2O会加重石英纤维的外表析晶，倒霉于石英纤维的力学本能。SiO2-BN复合涂层中的纳米SiO2具备比石英纤维更高的外表活性，经过优先析晶的体制控制了石英纤维析晶，进而减少了热处置对石英纤维形成的伤害。沿用涂覆SiO2-BN复合涂层的2.5D石英纤维编制机制备了Si-O-C-N基复合资料。同样，SiO2-BN复合涂层析出了六方BN晶粒，但晶粒惟有1μm安排，证明纳米SiO2遏制了六方BN晶粒的长大。涂层厚薄对六方晶粒的微观构造没有感化，所析出的晶粒均为单层构造。界面剪切强度尝试截止表白SiO2-BN复合涂层没有鲜明缩小复合资料的界面强度，界面剪切强度的最小值为17.2MPa，十分于原纤维复合资料样本的83%。一上面SiO2-BN复合涂层减少了热处置对石英纤维的伤害，普及了热处置后纤维的强度，另一上面SiO2-BN复合涂层没有大幅度贬低界面强度，使含有SiO2-BN界面包车型的士复合资料的委曲强度鲜明普及。当浸渍度数为10次时，复合资料的委曲强度不妨到达72.6MPa。因为SiO2-BN复合涂层对复合资料强度的奉献，灵验地普及了复合资料的断裂韧性。

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