碳纖維表面改性及其增強(qiáng)石英復(fù)合材料制備與性能研究.pdf

1、Cf/SiO2復(fù)合材料在理論上具有熱導(dǎo)率低、耐高溫性能優(yōu)異、耐燒蝕、密度低、高溫力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，在高溫材料領(lǐng)域具有非常好的發(fā)展前景。本論文針對(duì)采用溶膠凝膠法制備復(fù)合材料時(shí)，二氧化硅溶膠與碳纖維表面不浸潤(rùn)的問(wèn)題，開(kāi)展了對(duì)碳纖維表面改性方法的研究，并使用改性后的碳纖維為原料通過(guò)溶膠凝膠法制備復(fù)合材料。
　　首先，實(shí)驗(yàn)研究了兩種氧化方法對(duì)碳纖維表面結(jié)構(gòu)的影響，并分析其對(duì)纖維力學(xué)性能的影響及作用機(jī)理。結(jié)果表明，氧化法能明顯改善纖維表面的

2、浸潤(rùn)性。該法能增多纖維表面的官能團(tuán)，并對(duì)纖維表面產(chǎn)生刻蝕作用，使纖維表面產(chǎn)生溝壑。結(jié)果表明，采用450℃氧化碳纖維，氧化反應(yīng)發(fā)生較為劇烈，同時(shí)，纖維表面微晶被氧化為細(xì)晶，活性比表面積增大，纖維表面浸潤(rùn)性改善明顯。
　　第二，在上述氧化纖維基礎(chǔ)上，探索了高溫?zé)崽幚韺?duì)碳纖維的影響。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比空氣氧化纖維在熱處理后的形貌、組成、比表面積和浸潤(rùn)性，發(fā)現(xiàn)高溫?zé)崽幚頃?huì)使纖維表面不浸潤(rùn)，因?yàn)楦邷叵绿祭w維碳化表面官能團(tuán)脫去水分子，且碳原子發(fā)生重

3、排，形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，使纖維不親水，同時(shí)，水分子逸出時(shí)在纖維表面留下孔洞，對(duì)纖維強(qiáng)度造成損傷。
　　第三，采用溶膠凝膠法，使用氧化前后的纖維經(jīng)多次氧化-浸漬-燒結(jié)反應(yīng)制備Cf/SiO2復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的性能，并對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、物相進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了復(fù)合材料在高溫下碳熱還原反應(yīng)的發(fā)生情況。
　　最后，分析了制備工藝，包括纖維表面處理、燒結(jié)工藝和纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，在纖維能夠承受的范圍內(nèi)，使用過(guò)高的