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文檔簡介
1、碳/碳(C/C)復(fù)合材料具有其它結(jié)構(gòu)材料無法比擬的力學(xué)性能和高溫性能,因此被當(dāng)做高溫結(jié)構(gòu)材料而被廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。但由于其在高于400℃的有氧氣氛中容易發(fā)生氧化,材料的性能受到了嚴(yán)重的影響,從而限制了C/C復(fù)合材料的應(yīng)用。涂層技術(shù)只能在高溫段對C/C復(fù)合材料進(jìn)行有效的保護(hù),基體改性技術(shù)則為提高其在低溫段的抗氧化能力提供了有效地途徑,從而擴(kuò)大C/C復(fù)合材料在全溫段的應(yīng)用。本文以硼化物(ZrB2、硼硅化合物)為氧化抑制劑,通過水熱/溶
2、劑熱法改性技術(shù)對C/C復(fù)合材料進(jìn)行改性,從而提高C/C復(fù)合材料在低溫段的抗氧化性能,并采用XRD、XPS、SEM、EDS和氧化性能測試等手段對改性后C/C復(fù)合材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征,并且對改性后C/C復(fù)合材料的氧化行為進(jìn)行了分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下所述:
以硼酸三正丁酯、無水乙醇、乙酸為原料,通過改變配比得到穩(wěn)定的硼溶膠前驅(qū)液,以ZrB2微粉為氧化抑制劑,研究了溶劑熱改性溫度和時間對改性后C/C復(fù)合材料的顯
3、微結(jié)構(gòu)與抗氧化性能的影響,并對改性后C/C復(fù)合材料的氧化動力學(xué)進(jìn)行了探索。在100-180℃的溶劑熱改性范圍內(nèi),改性后C/C復(fù)合材料的抗氧化性能隨著溶劑熱溫度的升高而提高,180℃改性后C/C復(fù)合材料在600℃氧化6h后的失重量僅為26.4mg·cm-2;在24-72h的溶劑熱處理范圍內(nèi),隨著溶劑熱時間的延長,沉積在基體表面的ZrB2和B2O3變多,相應(yīng)的抗氧化性能更好;當(dāng)溶劑熱時間為60h時,改性后的C/C基體在800℃氧化20h后的
4、氧化失重量僅為11.3%。氧化動力學(xué)分析結(jié)果表明,改性后的C/C復(fù)合材料在700℃溫度范圍內(nèi),其氧化激活能為161.3kJ/mol,氧化行為主要是受O2、CO和CO2在ZrB2/B2O3保護(hù)層中的擴(kuò)散以及ZrB2的氧化過程所控制;而在高于700℃的溫度下,氧化激活能為57.7kJ/mol,氧化行為主要受控于B2O3的揮發(fā)以及氧在材料缺陷內(nèi)的擴(kuò)散。
向硼溶膠前驅(qū)液中添加硼硅化合物,主要研究不同加入量對C/C復(fù)合材料抗氧化性能的影
5、響。改性后C/C表面被一層連續(xù)致密的玻璃態(tài)涂層所覆蓋,隨著硼硅化合物加入量的增加,改性后試樣的抗氧化性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)硼硅化合物的加入量較少時,影響其抗氧化性能的因素主要是硼硅化合物的反應(yīng)速率;而當(dāng)硼硅化合物加入量較多時,B2O3的揮發(fā)變成了主導(dǎo)因素。當(dāng)硼硅化合物加入量為10wt%時,其抗氧化性能最好,在600℃氧化10h后的失重量僅為16.18mg/cm3。
以硼酸、ZrB2微粉組成的懸浮液為前驅(qū)體,通過研究ZrB2微粉加入量
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