钇硅酸盐改性轻质防隔热复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-04-19 07:17
随着可重复使用轨道飞行器的飞行速度不断加快,其对热防护材料提出的要求也日益严格,在这一背景下,轻质防隔热复合材料应运而生,它结合了隔热层轻质、气孔率高、热导率低和防热层耐温高、抗烧蚀性能好、抗氧化性能好的优势,实现了防隔热一体化。本文进行了多孔隔热层和致密防热层的组分优选、工艺优化和性能评价,提出了一种新型轻质防隔热复合材料的制备方法,为未来热防护系统的优化设计提供数据支撑。针对隔热层,优选了针刺碳纤维编织体作为隔热基体,并在编织体碳纤维表面制备了C/SiO2复合涂层以解决其抗氧化性能差的问题,其中SiO2涂层具有优异的抗氧化性能和较低的热导率,不仅可以在高温有氧环境中抑制碳纤维的氧化,还能降低隔热层的热导率,而C涂层则能够防止碳纤维和SiO2涂层在高温下发生碳热还原反应。本文探究了葡萄糖溶液质量分数、水热反应温度和水热反应时间对C涂层微观组织结构的影响,并据此优选了工艺参数,在碳纤维表面制备了C涂层,在此基础上,探究了TEOS质量分数、水/乙醇摩尔比和溶胶-凝胶时间对SiO2涂层微观组织结构的影响...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C涂层工艺在不同基材表面的应用[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3图1-1C涂层工艺在不同基材表面的应用[6]Kaae[7]选择丙烯（C2H6）和氦气的混合物作为沉积C涂层的反应物，研究了热解碳沉积的原理，探究了随着热解碳沉积条件的变化，0.1-1.0μm直径的孔隙分布、密度和生长特征形状和晶型排列等的变化。研究结果显示，孔隙分布的变化是由两种沉积成分的相对浓度控制的，密度是由平面碳氢分子与碳表面反应概率的变化控制的。此外还发现，在沉积的近各向同性热解碳中存在小生长锥，这说明热解碳是由固体颗粒和分子组合沉积而成的，并且观察到的生长特征形状和生长特征间孔隙度的变化也符合这一机理。Digilov等[8]则借助CO2激光，通过析出C4H10和H2气相混合物并促进其发生分解反应，在加热的碳纤维表面沉积C涂层，实验装置如图1-2所示，这是一种在连续运动的碳纤维表面沉积C涂层的新方法。实验结果表明，在碳纤维表面制备C涂层能够显著提高其断裂强度。图1-2碳纤维表面沉积C涂层的实验装置图[8]Ouyang等[9]采用等温化学蒸汽渗透(ICVI)法在碳纤维表面制备了C涂层，并
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5（纳米和微米）水热C涂层。图1-3通过水热法在碳纤维表面制备C涂层的流程示意图[20]宋俊涛[21]以葡萄糖作为碳源，通过简单的水热碳化工艺在碳纤维编织体中的碳纤维表面制备了C涂层，探究了各种反应参数对水热C涂层组织结构的影响，并且发现了通过改变糖液质量分数则可以调控碳纤维表面C涂层的厚度。Song[22]还发现在碳纤维编织体中的碳纤维表面制备水热碳化涂层后，通过可控碳质涂层和强度很高的碳纤维的有效结合，能够在水中吸附多种污染物。并且，经过800°C热处理后，含有表面C涂层碳纤维编织体为一种疏水材料，这使其能够从水中吸收油污染物。1.2.2碳纤维表面SiO2涂层研究现状李坤等[23]通过溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备SiO2涂层，研究结果表明，溶胶的粘度会对碳纤维表面SiO2涂层的结构及性能产生较大影响，溶胶的粘度过低会导致SiO2涂层不能均匀且完整的包覆碳纤维；相反如果溶胶的粘度过高，碳纤维表面SiO2涂层的厚度又会过厚，而过厚的涂层极易开裂，并且溶胶粘度过高也会导致溶胶不稳定、极易凝胶化。李华等[24]探究了催化剂了对SiO2溶胶-凝胶化时间的影响，研究结果显示，稀盐酸作为催化剂加入到反应原料中，可以促进正硅酸乙酯(TEOS)的水解；而稀氨水作为催化剂参与反应进程时，则能够促进水解后溶胶的缩聚过程。高秀霞等[25]则研究了pH值对溶胶-凝胶过程的影响，实验结果表明，pH值对样品凝胶时间的影响很大，pH值过小会导致样品不发生凝胶，而pH值过大时则容易生成SiO2沉淀从而无法获得凝胶产物。Lu等[26]为了优化调控水泥基体中碳纤维的界面结构和性能，首先利用硝酸和KH550对碳纤维进行表面处理，在通过正硅酸乙酯的水解、缩合和聚合过程，在碳纤维表面制备了一层厚度较薄的SiO2涂层。实验结?
本文编号：3147096
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C涂层工艺在不同基材表面的应用[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3图1-1C涂层工艺在不同基材表面的应用[6]Kaae[7]选择丙烯（C2H6）和氦气的混合物作为沉积C涂层的反应物，研究了热解碳沉积的原理，探究了随着热解碳沉积条件的变化，0.1-1.0μm直径的孔隙分布、密度和生长特征形状和晶型排列等的变化。研究结果显示，孔隙分布的变化是由两种沉积成分的相对浓度控制的，密度是由平面碳氢分子与碳表面反应概率的变化控制的。此外还发现，在沉积的近各向同性热解碳中存在小生长锥，这说明热解碳是由固体颗粒和分子组合沉积而成的，并且观察到的生长特征形状和生长特征间孔隙度的变化也符合这一机理。Digilov等[8]则借助CO2激光，通过析出C4H10和H2气相混合物并促进其发生分解反应，在加热的碳纤维表面沉积C涂层，实验装置如图1-2所示，这是一种在连续运动的碳纤维表面沉积C涂层的新方法。实验结果表明，在碳纤维表面制备C涂层能够显著提高其断裂强度。图1-2碳纤维表面沉积C涂层的实验装置图[8]Ouyang等[9]采用等温化学蒸汽渗透(ICVI)法在碳纤维表面制备了C涂层，并
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5（纳米和微米）水热C涂层。图1-3通过水热法在碳纤维表面制备C涂层的流程示意图[20]宋俊涛[21]以葡萄糖作为碳源，通过简单的水热碳化工艺在碳纤维编织体中的碳纤维表面制备了C涂层，探究了各种反应参数对水热C涂层组织结构的影响，并且发现了通过改变糖液质量分数则可以调控碳纤维表面C涂层的厚度。Song[22]还发现在碳纤维编织体中的碳纤维表面制备水热碳化涂层后，通过可控碳质涂层和强度很高的碳纤维的有效结合，能够在水中吸附多种污染物。并且，经过800°C热处理后，含有表面C涂层碳纤维编织体为一种疏水材料，这使其能够从水中吸收油污染物。1.2.2碳纤维表面SiO2涂层研究现状李坤等[23]通过溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备SiO2涂层，研究结果表明，溶胶的粘度会对碳纤维表面SiO2涂层的结构及性能产生较大影响，溶胶的粘度过低会导致SiO2涂层不能均匀且完整的包覆碳纤维；相反如果溶胶的粘度过高，碳纤维表面SiO2涂层的厚度又会过厚，而过厚的涂层极易开裂，并且溶胶粘度过高也会导致溶胶不稳定、极易凝胶化。李华等[24]探究了催化剂了对SiO2溶胶-凝胶化时间的影响，研究结果显示，稀盐酸作为催化剂加入到反应原料中，可以促进正硅酸乙酯(TEOS)的水解；而稀氨水作为催化剂参与反应进程时，则能够促进水解后溶胶的缩聚过程。高秀霞等[25]则研究了pH值对溶胶-凝胶过程的影响，实验结果表明，pH值对样品凝胶时间的影响很大，pH值过小会导致样品不发生凝胶，而pH值过大时则容易生成SiO2沉淀从而无法获得凝胶产物。Lu等[26]为了优化调控水泥基体中碳纤维的界面结构和性能，首先利用硝酸和KH550对碳纤维进行表面处理，在通过正硅酸乙酯的水解、缩合和聚合过程，在碳纤维表面制备了一层厚度较薄的SiO2涂层。实验结?
本文编号：3147096
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