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【环氧板】材料的影响

     

      一般比较均匀,对纤维和环氧板都能很好地结合。但若发生严重的界面反应,将不利于陶瓷基环氧板材料的增韧。此时需要进行控制界面反应,主要方法是通过合适的工艺来降低反应温度,制界面反应。例如碳纤维增强氮化硅环氧板材料,采用无压烧结时,由于温度较高,纤维和基体会发生反应SisN,+ 3C- 3SiC+N2,导致环氧板材料性能下降;若采用等静压烧结工艺,则由于温度较低和压力较高,上述反应明显得到抑制,材料性能也明显提高。

       对于部分陶瓷基环氧板材料,需单独制备出界面相。不管是单层界面相还是多层界面相,其设计参数主要包括两类:一是界面相材料的种类,即组分和微结构,二是界面相材料的物理尺度,即厚度和层数(仅对多层界面相而言)。由于陶瓷基环氧板材料的应用背景主要是高温甚至超高温的非惰性、非常压的复杂恶劣环境,因而界面的优化设计既要包括以强韧化为目标的力学性能优化,还要实现材料在服役过程中的环境性能优化,最终实现力学性能与环境性能的协同优化。

       图10-5所示为环氧板材料热解碳界面层的厚度对其载荷-位移的影响。可以看出,界面层较薄时的环氧板材料呈脆性破坏;界面层厚度合适时,C/SiC不仅强度高,而且呈韧性断裂;界面太厚时,由于剪切破坏,C/SIC的强度和韧性都有所下降。实验表明,环氧板材料热解碳界面层的最佳厚度范围是140~220nm。该厚度范围可使碳纤维与基体之间形成适当弱的结合强度,既能有效缓解两者的热膨胀失配应力,又可以充分发挥热解碳界面相的裂纹偏转和载荷传递功能,从而使环氧板材料的弯曲强度稳定在相对较高的水平。

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        界面层厚度对环氧板材料的环境性能也有重要影响。图10-6所示为700 C纯氧环境下界面层厚度对环氧板材料的性能影响。可以看出,不同的氧分压下,界面层的最优厚度不同。此外,在不同温度和不同环境下,界面层的最优厚度也有所差异。西北工业大学超高温结构环氧板材料重点实验室对此进行了系统的研究,并给出了3D环氧化树脂板材料不同环境下的界面层最优厚度,即纯氧环境条件下:700 C,70 nm;1 300 C ,220 nm;纯水环境条件下:1 200~1 300 C,140~220 nm;融盐腐蚀介质环境条件下:1 300~1 500 C ,220 nm。

       除界面层厚度外,界面的热处理也可以对环氧板材料性能产生显著影响。对于不同纤维的环氧板材料,界面热处理对环氧板材料的结构和性能有着不同的影响。这需根据环氧板材料的特征来选择热处理工艺

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