碳纤维表面修饰及CF/ZrC多孔陶瓷复合材料制备与性能研究

发布时间：2022-09-30 11:19

　　现代航空航天技术的发展促使世界各军事大国极力加强高马赫数高超声速飞行器的研发。发展高超声速飞行器迫切需要开发具有轻质多孔、高可靠、耐高温、抗氧化、多功能的新型热防护复合材料。传统的超高温陶瓷材料具有较低的断裂韧性及抗热震性能,C/C,C/SiC复合材料又具有较差的抗氧化及耐烧蚀性能而不能满足未来高超声速飞行器热防护需求。连续纤维增强超高温陶瓷复合材料,由于其较高的孔隙率,较低的密度,突出的力学性能,优异的抗热震性能及良好的高温稳定性而极有可能成为下一代高超声速飞行器热防护候选材料。碳纤维由于其低密度,高强度,优异的化学稳定性,较低的热膨胀以及突出的耐高温性能,在过去半个世纪以来,被国内外材料研究人员广泛用作树脂或陶瓷基复合材料增强体。由于其突出的性能,碳纤维增强复合材料大量用于航空航天、汽车制造、体育用品等军事和民用领域。然而,由于碳纤维本征的表面惰性,与陶瓷基体复合时,界面结合较差往往会限制纤维增强体性能的发挥,从而影响陶瓷基复合材料整体的性能。同时,传统的陶瓷复合材料功能单一,结构-功能一体化应用受限。为此本论文分别采用碳纳米线（CNWs）和碳化硅纳米线（SiCNWs）两种一维纳米... 

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 碳纤维表面修饰方法
        1.2.1 表面氧化法
        1.2.2 化学接枝法
        1.2.3 化学气相沉积法
        1.2.4 表面涂层法
    1.3 碳纳米线及其应用
        1.3.1 碳纳米线制备方法
        1.3.2 碳纳米线的应用
    1.4 碳化硅纳米线及其应用
        1.4.1 碳化硅纳米线制备方法
        1.4.2 碳化硅纳米线的应用
    1.5 超高温陶瓷复合材料制备方法
    1.6 主要研究内容
第2章 实验材料及实验方法
    2.1 实验原料及仪器设备
        2.1.1 实验原料及试剂
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验材料制备方法
        2.2.1 碳纳米线修饰碳纤维多尺度增强体制备方法
        2.2.2 碳化硅纳米线修饰碳纤维多尺度增强体制备方法
        2.2.3 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料制备方法
        2.2.4 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料制备方法
    2.3 材料组织结构及性能分析
        2.3.1 材料组成与微结构分析
        2.3.2 材料性能测试与分析
第3章 碳纤维表面一维纳米材料修饰
    3.1 引言
    3.2 碳纳米线-碳纤维多尺度结构设计及合成
    3.3 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体组成及微结构分析
        3.3.1 碳纤维表面催化剂颗粒形貌及分布
        3.3.2 碳纤维表面碳纳米线形貌及尺度调控
        3.3.3 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体Raman分析
        3.3.4 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体XPS分析
    3.4 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体性能研究
        3.4.1 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体比表面积
        3.4.2 碳纳米线-碳纤维多尺度增强体单丝拉伸性能
        3.4.3 碳纳米线-碳纤维与树脂基体界面剪切强度
    3.5 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度结构设计及制备
    3.6 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体组成及微结构分析
        3.6.1 碳纤维表面碳化硅纳米线形貌及结构调控
        3.6.2 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体XRD分析
        3.6.3 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体FT-IR分析
        3.6.4 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体XPS分析
    3.7 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体性能研究
        3.7.1 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体比表面积
        3.7.2 碳化硅纳米线-碳纤维多尺度增强体单丝拉伸性能
        3.7.3 碳化硅纳米线-碳纤维与树脂基体界面剪切强度
    3.8 本章小结
第4章 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料制备及性能
    4.1 引言
    4.2 ZrC陶瓷前驱体聚合物裂解行为研究
        4.2.1 ZrC陶瓷前驱体聚合物聚合及裂解机理分析
        4.2.2 ZrC陶瓷前驱体高温热失重分析
        4.2.3 不同裂解温度对ZrC陶瓷前驱体裂解产物的影响
        4.2.4 ZrC陶瓷前驱体裂解产物红外光谱分析
    4.3 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的制备及表征
        4.3.1 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料设计
        4.3.2 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料形貌及微结构分析
        4.3.3 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料X射线衍射分析
    4.4 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的性能
        4.4.1 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料密度及孔隙率
        4.4.2 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料力学性能
        4.4.3 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料导热性
        4.4.4 CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料结构健康监测性能
    4.5 本章小结
第5章 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料制备及性能
    5.1 引言
    5.2 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的制备及表征
        5.2.1 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料设计
        5.2.2 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料形貌及微结构分析
        5.2.3 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料X射线衍射分析
    5.3 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的性能
        5.3.1 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料密度及孔隙率
        5.3.2 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料力学性能
        5.3.3 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料导热性
        5.3.4 SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料结构健康监测性能
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3683456