C/C复合材料中纳米四方氧化锆的稳定化合成及其抗烧蚀性能的研究

发布时间：2024-11-14 20:37

　　C/C复合材料是航空、航天、军事等领域具有不可替代地位的材料。为了满足其应用领域的特殊需求,需要提高C/C复合材料的抗烧蚀能力。为了提高C/C复合材料的抗烧蚀能力,设计在碳基体内部合成纳米四方氧化锆的方法,制备基体改性抗烧蚀C/C复合材料。通过对碳基体内部氧化锆晶型和结构的精细控制,实现材料抗烧蚀性能的提升。最终制得了具有一定抗烧蚀性能的基体改性C/C复合材料。在本文中,首先对氧化锆/碳混合体系中氧化锆晶型的稳定方法进行了研究。氧化锆/碳的物理混合体系中,经热处理氧化锆可以被部分稳定至四方晶型。在热处理过程中碳元素具有温度变化滞后的特性,该特性会在升温过程中抑制氧化锆低温相向高温相的相变,在降温过程中引导并促进低温相向高温相转变,并抑制逆向相变,从而实现氧化锆晶型的稳定化。氧化锆/碳的分子级混合体系中,氧化锆可以被完全稳定至四方晶型。在氧化钇的辅助下,氧化锆可以稳定至立方晶型。其次,对液相环境中纳米粒子的合成方式进行了研究,并提出了“分子笼效应”的理论。以在水相体系中制备羟基磷灰石和氢氧化锆等物质的方法对“分子笼效应”进行了模拟和研究,制备得到的各种纳米粒子粒径在5-30nm范围内。研究...

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 C/C复合材料
        1.1.1 C/C复合材料的性质
        1.1.2 C/C复合材料的致密化工艺
    1.2 C/C复合材料的抗烧蚀工艺
        1.2.1 抗氧化涂层技术
        1.2.2 基体改性抗氧化技术
    1.3 氧化锆陶瓷的稳定化及纳米化
        1.3.1 氧化锆的性质
        1.3.2 氧化锆的制备
        1.3.3 氧化锆的稳定化
        1.3.4 氧化锆的纳米化
            1.3.4.1 气相法
            1.3.4.2 液相法
            1.3.4.3 固相法
            1.3.4.4 其他方法
    1.4 本论文的研究背景及主要研究内容
第二章 富碳环境以及碳基体中四方氧化锆的稳定化
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 氧化锆稳定化实验的实验原料
        2.2.2 氧化锆稳定化实验的实验过程
        2.2.3 氧化锆稳定化实验的分析测试方法
            2.2.3.1 热重分析
            2.2.3.2 相变过程分析
            2.2.3.3 表面分析
            2.2.3.4 物相分析
            2.2.3.5 元素及化合状态分析
    2.3 富碳环境下氧化锆晶型的稳定化
        2.3.1 物理混合状态下氧化锆晶型的稳定
        2.3.2 碳稳定氧化锆机理
        2.3.3 分子级均匀状态下氧化锆晶型的稳定
        2.3.4 四方氧化锆在碳基体中的稳定化合成设计
    2.4 本章小结
第三章 “分子笼效应”及纳米氧化锆在碳基体中的合成
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 “分子笼效应”实验的实验原料
        3.2.2 “分子笼效应”实验的实验过程
            3.2.2.1 羟基磷灰石纳米粒子的制备
            3.2.2.2 氢氧化锆的制备
            3.2.2.3 碳基体中纳米氧化锆的合成
        3.2.3 “分子笼效应”实验的分析测试方法
            3.2.3.1 物相分析
            3.2.3.2 表面形貌分析
            3.2.3.3 粒度分析
            3.2.3.4 官能团检测
    3.3 “分子笼效应”及纳米粒子的制备
        3.3.1 纳米羟基磷灰石的合成
        3.3.2 “分子笼效应”机理
        3.3.3 “分子笼效应”的应用
    3.4 利用“分子笼效应”在碳基体中合成纳米氧化锆
    3.5 本章小结
第四章 碳基体中纳米四方氧化锆及含硼化合物的合成
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 氧化锆及含硼化合物合成实验的实验原料
        4.2.2 氧化锆及含硼化合物合成实验的实验过程
            4.2.2.1 氧化碳纳米管的制备
            4.2.2.2 氧化锆前驱体制备
            4.2.2.3 改性碳基体材料的制备
        4.2.3 氧化锆及含硼化合物合成实验的分析测试方法
            4.2.3.1 元素及化合状态分析
            4.2.3.2 物相分析
            4.2.3.3 表面分析
            4.2.3.4 热重分析
            4.2.3.5 热台显微镜
    4.3 煤沥青的性质及碳基体的制备
        4.3.1 煤沥青的性质
        4.3.2 碳基体的制备
    4.4 纳米四方氧化锆在碳基体中的合成
        4.4.1 含锆沥青浸渍剂的制备
        4.4.2 碳基体内纳米四方氧化锆的合成
    4.5 碳基体中含硼化合物的合成
    4.6 本章小结
第五章 含稳定纳米四方氧化锆C/C复合材料的制备
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 改性C/C复合材料制备实验的实验原料
        5.2.2 改性C/C复合材料制备实验的实验过程
            5.2.2.1 碳纤维预制体的制作
            5.2.2.2 含硼含锆沥青的制备
            5.2.2.3 C/C复合材料的制备
        5.2.3 改性C/C复合材料制备实验的分析测试方法
            5.2.3.1 表面分析
            5.2.3.2 元素成分及含量分析
            5.2.3.3 热重分析
            5.2.3.4 力学性能测试
    5.3 C/C复合材料的制备
        5.3.1 致密化参数的确定
        5.3.2 C/C复合材料的致密化
    5.4 C/C复合材料的力学性能
    5.5 本章小结
第六章 含稳定纳米四方氧化锆C/C复合材料的抗烧蚀性能
    6.1 前言
    6.2 实验部分
        6.2.1 改性C/C复合材料抗烧蚀实验的实验原料
        6.2.2 改性C/C复合材料抗烧蚀实验的实验过程
            6.2.2.1 静态氧化实验
            6.2.2.2 动态烧蚀实验
        6.2.3 改性C/C复合材料抗烧蚀实验的分析测试方法
            6.2.3.1 表面分析
            6.2.3.2 热重分析
            6.2.3.3 物相分析
    6.3 C/C复合材料的抗烧蚀性能
        6.3.1 静态氧化
        6.3.2 动态烧蚀
    6.4 改性C/C复合材料的烧蚀机理
    6.5 本章小结
第七章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表论文
作者和导师简介
附录



本文编号：4012072