离心-凝胶注模成型技术制备梯度碳纤维/HA复合材料

摘要

以经过低温氧化和提拉HA溶胶改性处理的碳纤维为增强体,采用离心-凝胶注模成型技术制备梯度碳纤维/HA复合材料。观察了碳纤维改性处理后的形貌,研究了碳纤维/HA浆料的特性,以及浆料的凝胶固化过程。分析了离心转数、碳纤维含量对梯度复合材料生坯密度梯度的影响。观察了烧结后梯度复合材料的显微组织,并测量了不同烧结温度和碳纤维分布的HA复合材料的抗弯强度和断裂韧性。研究结果表明改性处理碳纤维表面形成一层致密的、结合性能较好的膜层,烧结后可以很好地连接基体和碳纤维。在p H=9,分散剂含量为5wt%,浆料固相含量为40wt%,碳纤维含量为2wt%时,碳纤维/HA浆料具有良好的分散性和稳定性。当催化剂和引发剂含量均为0.9wt%时,起始凝胶和终止固化时间与离心成型工艺相匹配。当离心转数为1000 r/min,碳纤维含量为2wt%时,离心-凝胶注模成型所得试样具有良好的密度梯度,1100℃烧结2 h后,该复合材料的抗弯强度达到最大值101.7 MPa;断裂韧性为1.98 MPa·m1/2,分别比干压成型制备的均匀碳纤维/HA复合材料提高了29.7%和25.3%。