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氧化铝陶瓷具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀等特点,以其来源广、成本低的优势,在高温结构及热防护材料、装甲材料、摩擦材料等领域展现出良好的应用前景。但氧化铝陶瓷断裂韧性偏低,限制了它的广泛应用。本文以碳纤维布叠层缝合预制件为增强体对氧化铝陶瓷进行增韧,针对预制件结构特点以及现有复合技术路线的现状与不足,设计以高固含量的Al2O3溶胶为原料,通过“溶胶浸渍-干燥-热处理”技术路线制备C/Al2O3复合材料。在对Al2O3溶胶特性研究的基础上,从力学性能优化的角度出发,着重考察了热处理温度、致密化程度对C/Al2O3复合材料的影响。以具有较优力学性能的C/Al2O3复合材料为对象,重点研究了在不同应用环境下的性能响应行为,分析了失效机制,为下一步的优化研究和以后的实际应用提供参考与借鉴。表征分析了Al2O3溶胶的工艺特性。所用Al2O3溶胶性质稳定,粘度低,经200℃干燥后的固含量和1200℃热处理后的陶瓷产率分别为34.3wt%和17.3wt%。溶胶中的Al2O3呈现出较高的活性,凝胶粉为无定形结构,经过1200℃热处理即完全转化为稳定的α-Al2O3,凝胶粉压片的线收缩率随着热处理温度增大而升高,在1400℃时达到17.9%,1600℃时又显著增加到32.2%。这些特点符合“浸渍-干燥-热处理”技术路线的工艺要求,为高效制备具有优良性能的复合材料奠定了良好基础。重点考察了热处理温度对C/Al2O3复合材料力学性能的影响。在1600℃下进行热处理,由于碳纤维与氧化铝基体之间的严重热失配以及化学反应,复合材料呈现脆性断裂模式,弯曲强度仅为68.7MPa。热处理温度降为1400℃可有效解决这一问题,在此基础上,结合对干燥工艺等的优化,初步建立了较佳的复合技术路线。经过28个“溶胶浸渍-干燥-1400℃热处理”周期的复合,制备得到表观密度、总孔隙率、开孔隙率分别为2.68g/cm3、16.6%、8.7%的C/Al2O3复合材料,其弯曲强度、弹性模量、断裂韧性分别为208.5±27.3MPa、44.3±5.0GPa、8.1±1.1MPa·m1/2。其中,断裂韧性是单体Al2O3陶瓷的2-3倍。分别研究了C/Al2O3复合材料在高温惰性气氛、高温静态空气中的性能演变行为。在惰性气氛下1400℃和1600℃热处理1h后,复合材料的强度保留率分别为84.4%和73.3%,具有较好的耐温性能,热处理形成的热应力是性能下降的原因所在。受到复合材料中裂纹和孔隙的影响,在1400℃和1600℃静态空气中氧化30min后,碳纤维氧化受损,复合材料强度保留率分别为66.7%和51.9%。通过硅溶胶辅助浸渍（AISS）技术,发挥SiO2的高温粘性流动效应,可将复合材料1400℃和1600℃氧化后的强度保留率分别提高到94.1%和84.0%。测试表征了C/Al2O3复合材料的热物理性能,呈现出低热膨胀、低热导的特点。室温下,复合材料的热膨胀系数为4.03×10-6K-1,随温度的升高而减小,而后趋于稳定,600℃时出现极小值1.70×10-6K-1。复合材料的室温热扩散系数为3.45mm2/s,比热为0.77 J/（g·K）。在室温到1400℃温度区间内,热扩散系数随温度升高而降低,比热容随温度升高而增大。复合材料热导率随着温度的升高先降低后升高,在1200℃时出现极小值4.55W/（m·K）。以粒径75?m的Al2O3粉为冲刷介质,研究了冲刷角度、温度和冲刷量对C/Al2O3复合材料抗固体粒子冲蚀性能的影响。室温下,冲刷粒子量和冲刷角度的提高使得复合材料冲蚀率增大。当冲刷粒子量为10g/min、冲刷角度为90°时,复合材料的冲蚀率达到最大值0.166mm3/g。高温下,因为表面陶瓷层的剥离与纤维暴露氧化,C/Al2O3复合材料冲蚀率上升明显。当冲刷量7g/min、冲刷温度1000℃时,在入射角度75°下冲蚀率达到最大值0.816mm3/g。通过测试表征静态压缩强度和动态压缩强度,分析了C/Al2O3复合材料的抗冲击行为。C/Al2O3复合材料的X方向压缩强度为330.3MPa,Z向压缩强度为422.7MPa。当复合材料Z方向承受动态压缩载荷时,动态压缩强度随应变率的增加而增大,表现出应变率强化效应。这与基体压实效应、高强高韧碳纤维优良的抗剪切性能都有直接关系。当应变率处于800s-1-1800s-1范围内,动态压缩强度维持在500MPa-650MPa之间;当应变率增加到2700s-1时,复合材料发生压缩损伤,动态压缩强度迅速下降。对照GB5763-2008标准,C/Al2O3复合材料相比于目前性能较好的陶瓷型、无石棉有机型摩擦材料,具有更好的摩擦磨损性能。以其稳定的摩擦系数（0.34-0.54）、低水平磨损率(最高仅有0.21×10-7cm3·N-1·m-1),在盘式制动器用衬片领域具有很好的应用前景。氧化膜及碳纤维自润滑作用在一定程度上降低了磨损率,复合材料的摩擦磨损机制以黏着摩擦磨损为主。