了得網工業技術_層狀結構木質陶瓷材料

編輯推薦

木質陶瓷作為一種新的環保型多孔復合材料材料，具有良好的力學、熱學、電磁學和摩擦學特性，可廣泛用作電極材料、摩擦材料、電磁屏蔽材料、耐腐蝕材料、絕熱材料、高溫過濾與吸附材料等，應用前景廣闊。目前國內對木質陶瓷復合材料的研究較多，但是並沒有專門的圖書出版，該書是作者多年木質陶瓷研究成果的總結，對從事相關研究和應用的人員提供了很好的借鋻和指導。

內容簡介

本書主要以層狀木質陶瓷為對像，從原材料選用、結構設計、制備工藝的優化以及性能與表征方法等方面進行了研究。對以山毛櫸薄木為基材和用碳纖維增強的層狀木質陶瓷的制備工藝與基本性能進行了比較詳細的介紹；並以薄木基層狀木質陶瓷為模板，探析了木基SiC/C層狀復合材料、木基SiO2/SiC/C層狀復合材料、碳基金屬木質陶瓷的制備與表征方法。
本書既有基礎理論，又有實例的比較分析，可供從事生物質碳基材料研究、生產、應用的技術人員參考。

第1章緒論1
1.1木質陶瓷概述1
1.1.1木質陶瓷的特性2
1.1.2木質陶瓷的制備3
1.2木質陶瓷復合材料4
1.2.1木質陶瓷復合材料的種類4
1.2.2木質陶瓷復合材料的合成工藝5
1.3層狀陶瓷材料6
1.3.1層狀陶瓷材料的特性6
1.3.2層狀陶瓷材料的制備6
1.3.3層狀陶瓷材料的應用7
1.4木質陶瓷的國內外研究動態8
1.4.1木質陶瓷的國內外研究狀況9
1.4.2木質陶瓷復合材料的國內外研究狀況13第1章緒論1
1.1木質陶瓷概述1
1.1.1木質陶瓷的特性2
1.1.2木質陶瓷的制備3
1.2木質陶瓷復合材料4
1.2.1木質陶瓷復合材料的種類4
1.2.2木質陶瓷復合材料的合成工藝5
1.3層狀陶瓷材料6
1.3.1層狀陶瓷材料的特性6
1.3.2層狀陶瓷材料的制備6
1.3.3層狀陶瓷材料的應用7
1.4木質陶瓷的國內外研究動態8
1.4.1木質陶瓷的國內外研究狀況9
1.4.2木質陶瓷復合材料的國內外研究狀況13
1.4.3層狀木質陶瓷的國內外研究現狀14
1.4.4國內外的相關研究14
參考文獻16
第2章結構設計與工藝選擇20
2.1層狀陶瓷的增韌機理20
2.2薄木基層狀木質陶瓷的結構設計21
2.2.1基體材料21
2.2.2界面分隔材料21
2.2.3基本結構設計22
2.2.4界面設計22
2.2.5結構模型23
2.3纖維增強層狀木質陶瓷24
2.3.1纖維/樹脂增強層狀結構24
2.3.2碳纖維/玻璃碳增強層狀結構24
2.3.3基材的選擇25
2.3.4增強纖維的選擇25
2.3.5熱固性樹脂的選擇26
2.4燒結設備與工藝26
2.4.1工藝流程26
2.4.2燒結設備29
2.5工藝優化與方法31
2.5.1工藝優化31
2.5.2常用工藝優化方法31
參考文獻34
第3章性能測試與表征方法36
3.1基本結構36
3.1.1光學顯微鏡觀測36
3.1.2電子顯微鏡觀測36
3.2密度、體積收縮率、碳得率、孔隙結構測試37
3.2.1密度變化與顯氣孔率37
3.2.2體積收縮率與碳得率38
3.2.3孔隙結構特征與表征方法39
3.3物相構成42
3.3.1X射線衍射分析42
3.3.2拉曼光譜分析44
3.3.3紅外光譜分析44
3.4界面結構45
3.4.1高分辨率透射電鏡觀測45
3.4.2X射線光電子能譜分析46
3.5力學性能測試47
3.5.1抗彎強度47
3.5.2抗壓強度47
3.5.3拉伸強度47
3.5.4斷裂韌性48
3.5.5摩擦性能49
3.6體積電阻率測試50
3.6.1萬用表測試法50
3.6.2四探針測試法50
參考文獻51
第4章薄木基層狀結構木質陶瓷53
4.1制備方法53
4.1.1PF樹脂/薄木復合材料的制備53
4.1.2層狀木質陶瓷的燒結54
4.2體積收縮率與碳得率54
4.2.1樹脂含量的影響54
4.2.2組坯方式的影響55
4.2.3薄木厚度的影響56
4.2.4復合壓力的影響57
4.2.5燒結溫度的影響57
4.2.6升溫速率的影響58
4.3基本結構及物相構成59
4.3.1基本結構及影響因素59
4.3.2物相構成64
4.4密度變化與孔隙結構71
4.4.1影響因素71
4.4.2孔隙結構及表征76
4.5體積電阻率與導電分析84
4.5.1體積電阻率84
4.5.2導電分析87
4.5.3導電模型88
4.6基本力學性能與分析88
4.6.1抗彎強度及影響因素88
4.6.2抗壓強度及影響因素91
4.6.3摩擦力92
4.6.4黏附力93
4.6.5質量磨損95
4.6.6摩擦繫數96
4.7摩擦界面分析97
4.7.1樹脂含量的影響97
4.7.2燒結溫度的影響97
4.8斷裂韌性與結構模型98
4.8.1斷裂韌性影響因素99
4.8.2結構模型101
參考文獻103
第5章碳纖維增強層狀結構木質陶瓷106
5.1概述106
5.2基本結構與技術路線106
5.2.1增強型層狀結構設計106
5.2.2技術路線107
5.3基體材料的準備107
5.3.1液化木材的準備107
5.3.2單片基體材料的制備107
5.3.3基本性能與影響因素109
5.3.4工藝因素對抗彎強度的影響111
5.3.5制備工藝優化112
5.3.6工藝因素與基本結構115
5.4增強型層狀木質陶瓷的制備120
5.4.1玻璃碳源的選擇與制備120
5.4.2增強纖維的選擇與處理120
5.4.3復合與燒結工藝121
5.5增強型層狀木質陶瓷的基本結構122
5.5.1層狀結構122
5.5.2微觀結構123
5.5.3界面結構123
5.6基本力學性能125
5.6.1抗彎強度與彈性模量126
5.6.2抗壓強度126
5.6.3抗拉強度127
5.6.4斷裂韌性128
5.6.5摩擦性能129
參考文獻131
第6章界面結構與力學行為分析133
6.1界面結構133
6.1.1基體中的界面133
6.1.2增強材料與基體間的界面135
6.1.3界面區物相構成與演變135
6.2界面結構模型與數字模擬138
6.2.1界面結構模型138
6.2.2數字模擬139
6.3力學行為分析140
6.3.1基於層狀結構的斷裂行為140
6.3.2薄木基層狀結構木質陶瓷的斷裂行為141
6.3.3纖維增強層狀結構的斷裂行為143
6.3.4斷裂行為分析147
參考文獻148
第7章碳基層狀結構復合木質陶瓷150
7.1木基SiC/C層狀復合材料150
7.1.1制備基礎150
7.1.2制備方法151
7.1.3反應原理151
7.1.4性能檢測152
7.2木基SiO2/SiC/C層狀復合材料153
7.2.1制備方法154
7.2.2性能分析154
7.3碳基金屬木質陶瓷156
7.3.1TiC/C木質陶瓷156
7.3.2TiN/C木質陶瓷156
參考文獻159
致謝161

前言

木質陶瓷作為一種新的環保型多孔復合材料，不僅原材料來源廣泛、價格低廉，而且由於其是以木材和植物的多層次的形貌和結構作為生物模板，依托生物結構和形態的遺傳，采用人工偶合技術制備而成，因此既能部分保持生物質材料精細形貌和結構特征，又有人為賦予的特性和功能，且具有良好的力學、熱學、電磁學和摩擦學特性，可廣泛用作電極材料、摩擦材料、電磁屏蔽材料、耐腐蝕材料、絕熱材料、高溫過濾與吸附材料等，應用前景廣闊。
傳統的木質陶瓷在結構上主要分為兩種，一種是以實木為基材的，另一種則是將木材或生物質材料粉碎後與熱固性樹脂混合制備而成的三維網絡結構。本書中所涉及的層狀結構則與之不同，是基於現代復合材料的能量耗散機制，將層狀復合材料的仿生設計思路應用於木質陶瓷的研究之中，在脆性的木質陶瓷薄片間加入夾層材料構成層狀結構以達到增強增韌的目的。木質陶瓷作為一種新的環保型多孔復合材料，不僅原材料來源廣泛、價格低廉，而且由於其是以木材和植物的多層次的形貌和結構作為生物模板，依托生物結構和形態的遺傳，采用人工偶合技術制備而成，因此既能部分保持生物質材料精細形貌和結構特征，又有人為賦予的特性和功能，且具有良好的力學、熱學、電磁學和摩擦學特性，可廣泛用作電極材料、摩擦材料、電磁屏蔽材料、耐腐蝕材料、絕熱材料、高溫過濾與吸附材料等，應用前景廣闊。
傳統的木質陶瓷在結構上主要分為兩種，一種是以實木為基材的，另一種則是將木材或生物質材料粉碎後與熱固性樹脂混合制備而成的三維網絡結構。本書中所涉及的層狀結構則與之不同，是基於現代復合材料的能量耗散機制，將層狀復合材料的仿生設計思路應用於木質陶瓷的研究之中，在脆性的木質陶瓷薄片間加入夾層材料構成層狀結構以達到增強增韌的目的。
全書共7章，主要涉及結構設計、原材料的選用、制備工藝的優化以及性能與表征方法等，同時對以山毛櫸薄木為基材和用碳纖維增強的層狀木質陶瓷的制備工藝與基本性能進行了比較詳細的介紹。第1章簡要介紹了木質陶瓷與層狀結構、國內外新的研究動態，分析了傳統木質陶瓷的優劣，並在此基礎上提出了將層狀結構的仿生設計應用於木質陶瓷結構設計之中的思路。第2章與第3章在層狀陶瓷增韌機理的基礎之上，對薄木基層狀木質陶瓷和纖維增強層狀木質陶瓷的結構進行設計，並對原輔助材料、設備、工藝、檢測與表征方法等進行了比較細致的描述。第4章以山毛櫸薄木基層狀木質陶瓷為對像，詳細介紹了制備方法以及制備工藝對體積收縮率、碳得率、基本結構與物相構成、導電性能以及力學性能的影響，並建立了斷裂結構模型。第5章不僅介紹了以炭粉和液化木材為原材料所制備的片狀基體材料與碳纖維所構成的增強型層狀結構木質陶瓷的具體制備方法，同時也對其微觀結構、界面結構以及對力學性能的影響進行了分析。第6章則是在第5章的基礎之上，詳細地分析了層狀木質陶瓷的界面結構，建立了界面結構模型，並對模型進行了數值模擬，同時對多種情況下的斷裂行為進行了分析。第7章是在第4章的基礎之上，以薄木基層狀木質陶瓷為模板材料，深入探討了木基SiC/C層狀復合材料、木基SiO2 /SiC/C層狀復合材料、碳基金屬木質陶瓷的基本制備與表征方法，擬為層狀木質陶瓷的應用提供一個新的思路。
本書是在國家自然科學基金面上項目——纖維增強層狀木材陶瓷的結構演變機制與力學行為的研究（項目批準號：31270611 ）的資助下完成的。在寫作過程中，力求新穎，盡量取材於國內外在本領域的重要研究成果與新進展。
由於本書中的內容涉及多個學科領域，作者學識有限，書中難免有不當、疏漏、不妥之處，敬請讀者批評指正。

作者
2016年7月於長沙

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