碳纤维/石墨烯气凝胶改性ZrC复合材料的制备与研究
发布时间：2021-04-08 23:04
高超声速飞行器的发展对耐超高温材料提出了迫切的需求。纤维增强陶瓷基复合材料克服了传统陶瓷材料的脆性和抗热冲击性差等缺点,且具有低密度、低膨胀、耐高温和性能可设计等优点,在高超声速飞行器热防护系统等领域具有很好的应用前景。本文针对新型Cf/ZrC复合材料,开展了石墨烯气凝胶改性碳纤维的研究,筛选出了适于PIP工艺的改性碳纤维,随后采用前驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制备了Cf/ZrC复合材料,重点研究了裂解温度与浸渍次数对复合材料的性能的影响。本文通过改进Hummers法制备氧化石墨烯,在沉降实验中发现,经2.5h超声得到的氧化石墨烯片层厚度为1.24nm左右,经分析发现氧化石墨烯含有C-O-C、-OH、COOH等含氧官能团。三聚氰胺作为交联剂可以使氧化石墨烯凝胶,改变pH值可以使其发生溶胶-凝胶转变。本文采用两种方法制备了还原石墨烯气凝胶,结果发现,气凝胶孔分布均匀,与水热制备的还原石墨烯气凝胶相比,水合肼还原的石墨烯气凝胶孔径尺寸比较大,且石墨烯片层较薄,经分析发现氧化石墨烯中的CO-C被还原,-COOH、-OH等含氧基团含量降低,并且还原并...
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 石墨烯气凝胶
1.2.1 石墨烯
1.2.2 石墨烯气凝胶
1.3 连续纤维增强陶瓷基复合材料
1.3.1 连续纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制
1.3.2 连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法
1.3.3 连续纤维增强陶瓷基复合材料的应用
1.4 ZrC陶瓷的研究现状
1.4.1 ZrC的基本性质
1.4.2 ZrC的制备方法
1.4.3 ZrC的应用
1.5 主要研究内容
第二章 材料的制备和实验方法
2.1 实验原料与设备
2.1.1 材料体系
2.1.2 原料与设备
2.2 实验过程
2.2.1 氧化石墨烯的制备
2.2.2 石墨烯气凝胶的制备
2.2.3 碳纤维/石墨烯气凝胶的制备
2.2.4 复合材料的制备
2.3 实验及表征方法
2.3.1 物相组成及微观组织结构分析
2.3.2 物理性能测试
第三章 石墨烯气凝胶的制备
3.1 引言
3.2 氧化石墨烯的制备及表征
3.2.1 超声时间的确定
3.2.2 氧化石墨烯的结构表征
3.2.3 氧化石墨烯的TG-DTA测试
3.3 氧化石墨烯气凝胶的制备
3.3.1 氧化石墨烯水凝胶的制备
3.3.2 氧化石墨烯气凝胶的制备
3.4 还原石墨烯气凝胶的制备
3.4.1 水热法制备还原石墨烯气凝胶
3.4.2 化学还原法制备还原石墨烯气凝胶
3.5 本章小结
第四章 碳纤维/石墨烯气凝胶的制备
4.1 引言
4.2 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶
4.2.1 碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的微观表征
4.2.2 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的微观表征
4.2.3 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的结构表征
4.3 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶
4.3.1 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶的微观表征
4.3.2 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶的结构表征
4.4 本章小结
第五章 ZrC陶瓷基复合材料的制备
5.1 引言
5.2 ZrC前驱体的研究
5.2.1 ZrC前驱体的热物理分析
5.2.2 ZrC前驱体裂解后的相分析
5.2.3 ZrC前驱体的结构分析
5.3 ZrC基复合材料的研究
5.3.1 不同裂解温度对复合材料性能的影响
5.3.2 不同浸渍次数对复合材料性能的影响
5.3.3 陶瓷基复合材料的热稳定性
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]反应熔体渗透法制备C/C-SiC复合材料的微观结构及抗氧化性能[J]. 刘跃,付前刚,李贺军,李关美. 中国材料进展. 2016(02)
[2]Preparation of Nano-sized Zirconium Carbide Powders through a Novel Active Dilution Self-propagating High Temperature Synthesis Method[J]. 达奥运,龙飞,WANG Jilin,XING Weihong,WANG Yang,ZHANG Fan,王为民,FU Zhengyi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(04)
[3]Synthesis of ZrC Nanoparticles in the ZrO2–Mg–C–Fe System Through Mechanically Activated Self-Propagating High-Temperature Synthesis[J]. Abdollah Hajalilou,Mansor Hashim,Halimah Mohamed kamari,Kazem Javadi,Samikannu Kanagesan,Mohammad Parastegari. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[4]非烧蚀热防护材料研究现状及发展趋势[J]. 王重海,刘瑞祥,周长灵. 现代技术陶瓷. 2014(02)
[5]3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能[J]. 陈杰,王一光,王毅,成来飞,张立同. 复合材料学报. 2011(02)
[6]ZrC陶瓷的性能、制备及应用[J]. 宋瑞颖,刘宁,张红芹,刘忠伟,蔡威. 硬质合金. 2009(02)
[7]TiC-ZrC-Co-Ni金属陶瓷的抗热震性能[J]. 章晓波,刘宁. 硬质合金. 2009(01)
[8]化学成分对TiC-Ni系金属陶瓷显微组织的影响[J]. 章晓波,刘宁,袁红梅,荣春兰. 硬质合金. 2008(01)
[9]ZrC含量对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响[J]. 章晓波,荣春兰,刘宁. 硬质合金. 2007(02)
[10]连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展[J]. 李专,肖鹏,熊翔. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(01)
硕士论文
[1]碳纤维增韧碳化硅基复合材料热解炭界面层工艺优化研究[D]. 刘相庭.北京化工大学 2013
[2]自蔓延高温合成碳化锆粉体[D]. 李静.武汉理工大学 2010
[3]光热转换蓄热调温纤维的研制[D]. 石海峰.天津工业大学 2002
本文编号：3126425
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 石墨烯气凝胶
1.2.1 石墨烯
1.2.2 石墨烯气凝胶
1.3 连续纤维增强陶瓷基复合材料
1.3.1 连续纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制
1.3.2 连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法
1.3.3 连续纤维增强陶瓷基复合材料的应用
1.4 ZrC陶瓷的研究现状
1.4.1 ZrC的基本性质
1.4.2 ZrC的制备方法
1.4.3 ZrC的应用
1.5 主要研究内容
第二章 材料的制备和实验方法
2.1 实验原料与设备
2.1.1 材料体系
2.1.2 原料与设备
2.2 实验过程
2.2.1 氧化石墨烯的制备
2.2.2 石墨烯气凝胶的制备
2.2.3 碳纤维/石墨烯气凝胶的制备
2.2.4 复合材料的制备
2.3 实验及表征方法
2.3.1 物相组成及微观组织结构分析
2.3.2 物理性能测试
第三章 石墨烯气凝胶的制备
3.1 引言
3.2 氧化石墨烯的制备及表征
3.2.1 超声时间的确定
3.2.2 氧化石墨烯的结构表征
3.2.3 氧化石墨烯的TG-DTA测试
3.3 氧化石墨烯气凝胶的制备
3.3.1 氧化石墨烯水凝胶的制备
3.3.2 氧化石墨烯气凝胶的制备
3.4 还原石墨烯气凝胶的制备
3.4.1 水热法制备还原石墨烯气凝胶
3.4.2 化学还原法制备还原石墨烯气凝胶
3.5 本章小结
第四章 碳纤维/石墨烯气凝胶的制备
4.1 引言
4.2 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶
4.2.1 碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的微观表征
4.2.2 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的微观表征
4.2.3 水合肼还原碳纤维/氧化石墨烯气凝胶的结构表征
4.3 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶
4.3.1 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶的微观表征
4.3.2 水热法制备碳纤维/还原石墨烯气凝胶的结构表征
4.4 本章小结
第五章 ZrC陶瓷基复合材料的制备
5.1 引言
5.2 ZrC前驱体的研究
5.2.1 ZrC前驱体的热物理分析
5.2.2 ZrC前驱体裂解后的相分析
5.2.3 ZrC前驱体的结构分析
5.3 ZrC基复合材料的研究
5.3.1 不同裂解温度对复合材料性能的影响
5.3.2 不同浸渍次数对复合材料性能的影响
5.3.3 陶瓷基复合材料的热稳定性
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]反应熔体渗透法制备C/C-SiC复合材料的微观结构及抗氧化性能[J]. 刘跃,付前刚,李贺军,李关美. 中国材料进展. 2016(02)
[2]Preparation of Nano-sized Zirconium Carbide Powders through a Novel Active Dilution Self-propagating High Temperature Synthesis Method[J]. 达奥运,龙飞,WANG Jilin,XING Weihong,WANG Yang,ZHANG Fan,王为民,FU Zhengyi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(04)
[3]Synthesis of ZrC Nanoparticles in the ZrO2–Mg–C–Fe System Through Mechanically Activated Self-Propagating High-Temperature Synthesis[J]. Abdollah Hajalilou,Mansor Hashim,Halimah Mohamed kamari,Kazem Javadi,Samikannu Kanagesan,Mohammad Parastegari. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[4]非烧蚀热防护材料研究现状及发展趋势[J]. 王重海,刘瑞祥,周长灵. 现代技术陶瓷. 2014(02)
[5]3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能[J]. 陈杰,王一光,王毅,成来飞,张立同. 复合材料学报. 2011(02)
[6]ZrC陶瓷的性能、制备及应用[J]. 宋瑞颖,刘宁,张红芹,刘忠伟,蔡威. 硬质合金. 2009(02)
[7]TiC-ZrC-Co-Ni金属陶瓷的抗热震性能[J]. 章晓波,刘宁. 硬质合金. 2009(01)
[8]化学成分对TiC-Ni系金属陶瓷显微组织的影响[J]. 章晓波,刘宁,袁红梅,荣春兰. 硬质合金. 2008(01)
[9]ZrC含量对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响[J]. 章晓波,荣春兰,刘宁. 硬质合金. 2007(02)
[10]连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展[J]. 李专,肖鹏,熊翔. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(01)
硕士论文
[1]碳纤维增韧碳化硅基复合材料热解炭界面层工艺优化研究[D]. 刘相庭.北京化工大学 2013
[2]自蔓延高温合成碳化锆粉体[D]. 李静.武汉理工大学 2010
[3]光热转换蓄热调温纤维的研制[D]. 石海峰.天津工业大学 2002
本文编号：3126425
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3126425.html
