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玻纤布短纤维及晶须增强体的制备工艺

玻纤布短纤维及晶须增强体的制备工艺:
短纤维(包括晶须)增韧陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体,以短纤维为增强体,通过一定的复合工艺制得的复合材料。制备短纤维(包括晶须)增韧补强的CMC,不像长纤维那样需要进行复杂的编织或缠绕等的工艺过程和专用设备:不存在陶瓷基体与纤维比例难于精确控制的问题。只需将长纤维剪短(小于3mm),与基体粉末混合均匀后,采用一般陶瓷的成型和烧结工艺即可,该法生产周期短,成本低。
除某些特殊工艺外,一般玻纤布短纤维CMC的各向异性小。在混料过程中,短纤维料的性能仍是各向同性的。若采用非等静压成型和烧结,则纤维在材料压实和致密化的过程中将沿压力方向发生转动,导致纤维沿加压面择优取向,材料的性能也会产生一定的各向异性。
短晶须因长度小(晶须长度一般小于0.1mm;短切纤维的长度般不宜超过2 ~ 3mm, 否则将造成分散困难),每根纤维所能联结的粉体颗粒数量较少,且短纤维之间又不能像长纤维那样能彼此相互缠绕、牵扯在一起来传递长程载荷,因此纤维的作用不能完全发挥出来。
制备短纤维CMC的过程包括纤维的短切、分散、混合、成型和烧成等几个步骤。
A纤维的短切
由于纤维是由数千根(每千根称做1k)单丝纤维用环氧树脂胶粘结在一起,星一束、一束的状态供应的,剪切后需要进行去胶处理,即在600C以下加热-定时间(对炭纤维等易氧化的纤维需加氦气或氮气保护),使环氧树脂胶分解和挥发,以便粘在一起的纤维能够分散开来。
(纤维的剪切可用专门的剪切机剪切,也可以用普通的剪刀手工剪切。专用的剪切机最多可将纤维剪短至5mm左右,再短则只能用手工剪切或球磨的办法来进行了。
B短纤维的分散
玻纤布短纤维用于CMC的最大问题在于纤维难以分散。由于晶须或短纤维的直径小(0.1-10um), 长径比大(几十到几百),因此纤维(或晶须)在混合过程极易积聚成团束,而且晶须之间还会因化学吸附而导致族聚,使得分散十分困难。纤维如果不能很好地分散在陶瓷中,甚至是以团束的形式存在其中,则相当于在陶瓷中存在孔洞,将严重地降低CMC的性能。
纤维的分散方法有搅拌法,球磨法、超声振伤达和溶胶凝胶法等,下面分项叙述:
(1)搅拌法。用搅拌机在无水乙醉成去离子水中搅挥,使够将部分纤维分散开来,但也有相当多的纤维在搅拌中被挤压成更密实的小的球状团来,而这些小团束的分散将更为困难。

(2)超声振荡法。进行超声波振荡处理,可有助于纤维的分做,超声波振荡后还需加高速搅拌。

(3)球磨法。对纤维单独进行球磨,可以将儿毫米长的纤维磨短一一些,能在一定程度上提高其分散性,但纤维儿乎婴被磨成粉末才行。这样造成纤维的长度过短(在100u6以),直径减小,纤维受到损伤,其强韧化效果无疑将要降低何样, 纤维和陶瓷粉混合后进行球磨处理,能够提高纤维在陶瓷中的均匀性。但要达到完全分散的程度,也要等到纤维被出到很短的程度才行。直径的减小、表面的磨损和过短的纤维长度显然不利于增韧补强效果的提高。
(4)(溶胶凝胶法。溶胶凝胶法是将符合材料先制成胶体,借助胶体这一特殊介质的电化学作用,使纤维分散。
上述方法对纤维的分散都有一定的作用,但也都有一-定的局限性。实际操作中,往往需要同时采用几种方法,以获得最佳的效果。

短纤维CMC的制备,除采用普通陶瓷粉末的常规方法外,还可以采用下面的几种特殊的方法来制备:
(1)压力渗滤法。首先将玻纤布短纤维制成坯体,然后对其进行表面处理使之与陶瓷浆料带同种电荷,置于石膏模具中,在压力作用下使浆料充填到坯体孔院中。浆料中的液体通过过滤器排出,留下的固体加压、烧成即可。) 8
(2)先驱体热解法。先驱体热解法是将短纤维与陶瓷粉、有机先驱体及溶剂混合、成型,然后加热使先驱体裂解转化为陶瓷,进而制成复合材料的方法。例如,将短炭纤维与碳化硅微粒(粒径为3-6pum)、聚碳硅烷(PCS)和二甲苯溶剂混合均匀后,经烘干、成型和高温裂解,使聚碳硅烧转化为碳化硅,与直接加人的碳化硅一起构成复合材料。为提高材料的致密度需经反复多次的没渗和裂解过程。
先驱体热解法还用来制备m (SIC) /m (SiC)复合材料。先驱体热解法制备短纤维CMC成型容易、烧成温度低、工艺重复性好;但制品气孔率高,收缩变形大。而
(3)电泳沉积法。对玻纤布短纤维和陶瓷微粉悬浮液施加直流电场,带电质点向电极迁移并在电极上沉积成具有一定形状的坯体,经干燥、烧结后即成陶瓷基复合材料制品。而
带电质点在电极上的沉积速度与悬浮液浓度、黏度、介电常数、电极间距有关。这种方法适合制造薄壁异型管状、棒状、板状制品,还可以制造层状复合材料和梯度功能复合材料。清时(4)定向排布法。这种方法是将短纤维和陶瓷粉调成流动性适当的浆料,放在一端有众 多漏斗形导向微孔的模具中,挤出冷坯料,即可使纤维或晶须实现定向排列。
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