本文主要研究内容
作者闫利文（2019）在《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》一文中研究指出：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）两种一维纳米材料对碳纤维进行表面修饰,制备了CNWs-CF和SiCNWs-CF两种多尺度增强体;在此基础上,采用前驱体浸渍裂解技术,以ZrC超高温陶瓷为基体,制备了CNWs-CF/ZrC和SiCNWs-CF/ZrC两种耐高温性能优异的新型多功能多孔陶瓷复合材料。论文研究了两种复合材料的制备工艺,探讨了制备方法、材料组成等对两种复合材料机械性能、热物理性能以及结构健康监测性能的影响及规律。以CH4为碳源,采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术在碳纤维表面原位生长碳纳米线,制备了CNWs-CF多尺度增强体。研究了不同制备工艺对CNWs形貌和结构的影响。碳纤维表面PECVD生长CNWs的最佳工艺条件:催化剂为0.05mol/L的Ni（NO3）2·6H2O丙酮溶液,反应气源为40/10sccm的CH4/H2,反应温度为700°C,射频时间为30min。直径为80-120nm,长度为3-4μm的碳纳米线沿着碳纤维径向均匀生长在碳纤维表面。碳纳米线的生长,有效提升了纤维增强体的比表面积,增加了纤维表面粗糙度,将碳纤维与聚合物基体的界面剪切强度（Interfacial shear strength,IFSS）提升77%。采用化学气相渗透（CVI）技术,以甲基三氯硅烷（CH3SiCl3）为Si源和C源,在碳纤维表面原位生长SiC纳米线,制备了多尺度SiCNWs-CF增强体。探索了碳纤维表面SiC纳米线的可控制备工艺。碳纤维表面CVI制备SiC纳米线的最佳生长条件:催化剂为0.05mol/L的Co（NO3）2·6H2O丙酮溶液,反应原料为80%CH3SiCl3/20%H2,反应温度为1000°C,反应时间为1h。直径为80-100nm,长度为十几微米的SiC纳米线可均匀生长在碳纤维表面。碳纤维表面SiC纳米线的生长,增强了纤维与陶瓷基体之间的机械咬合作用,提升了两者的界面结合强度。以碳纳米线修饰碳纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解（Precursor Infiltration Pyrolysis,PIP）技术制备了CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料。研究了以四氯化锆（ZrCl4）,乙酰丙酮（CH3COCH2COCH3）,甲醇（CH3OH）和1,4-丁二醇（C4H8（OH）2）为单体制备ZrC陶瓷前驱体的反应机制。研究了ZrC陶瓷前驱体的热裂解行为,ZrC陶瓷前驱体在裂解过程中显示出明显的四个失重台阶,经过1600°C裂解后生成了结晶性良好的纯相ZrC陶瓷,陶瓷产率为38.72%。研究了不同浸渍裂解循环条件下,CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的密度,孔隙率和压缩强度的变化。当浸渍裂解循环6次时,CNWs-CF/ZrC复合材料x/y方向压缩强度为16.01±1.48MPa,z方向压缩强度可达到25.77±1.62MPa。重点研究了CNWs的引入对CNWs-CF/ZrC复合材料热导率和结构健康监测灵敏度的影响。CNWs的引入使得CNWs-CF/ZrC复合材料的热导率略高于相同工艺条件下CF/ZrC复合材料,而CNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的应变灵敏系数约为CF/ZrC复合材料的4.17倍。采用前驱体浸渍裂解技术,以SiCNWs-CF多尺度复合结构为增强体,制备了SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料。研究了碳纤维表面SiCNWs的生长对SiCNWs-CF/ZrC复合材料微结构及组成的影响。在相同的浸渍裂解条件下,SiCNWs的引入显著增加了ZrC陶瓷在碳纤维表面的负载量,SiCNWs-CF表面可均匀包覆一层ZrC陶瓷层。研究了在不同的浸渍裂解循环条件下,SiCNWs-CF/ZrC复合材料的密度,孔隙率,压缩强度,室温热导率。当浸渍裂解循环6次时,SiCNWs-CF/ZrC复合材料密度为1.85g/cm3,孔隙率为68.13%,z方向压缩强度为23.64±1.25MPa,x/y方向压缩强度为13.02±1.23MPa。比较了CF/ZrC与SiCNWs-CF/ZrC两种复合材料的室温热导率及结构健康监测灵敏度,SiCNWs-CF/ZrC多孔陶瓷复合材料的热导率略高于CF/ZrC复合材料,碳纤维表面SiCNWs的引入将复合材料的结构健康监测灵敏系数提高14.27倍。
Abstract
xian dai hang kong hang tian ji shu de fa zhan cu shi shi jie ge jun shi da guo ji li jia jiang gao ma he shu gao chao sheng su fei hang qi de yan fa 。fa zhan gao chao sheng su fei hang qi pai qie xu yao kai fa ju you qing zhi duo kong 、gao ke kao 、nai gao wen 、kang yang hua 、duo gong neng de xin xing re fang hu fu ge cai liao 。chuan tong de chao gao wen tao ci cai liao ju you jiao di de duan lie ren xing ji kang re zhen xing neng ,C/C,C/SiCfu ge cai liao you ju you jiao cha de kang yang hua ji nai shao shi xing neng er bu neng man zu wei lai gao chao sheng su fei hang qi re fang hu xu qiu 。lian xu qian wei zeng jiang chao gao wen tao ci fu ge cai liao ,you yu ji jiao gao de kong xi lv ,jiao di de mi du ,tu chu de li xue xing neng ,you yi de kang re zhen xing neng ji liang hao de gao wen wen ding xing er ji you ke neng cheng wei xia yi dai gao chao sheng su fei hang qi re fang hu hou shua cai liao 。tan qian wei you yu ji di mi du ,gao jiang du ,you yi de hua xue wen ding xing ,jiao di de re peng zhang yi ji tu chu de nai gao wen xing neng ,zai guo qu ban ge shi ji yi lai ,bei guo nei wai cai liao yan jiu ren yuan an fan yong zuo shu zhi huo tao ci ji fu ge cai liao zeng jiang ti 。you yu ji tu chu de xing neng ,tan qian wei zeng jiang fu ge cai liao da liang yong yu hang kong hang tian 、qi che zhi zao 、ti yo yong pin deng jun shi he min yong ling yu 。ran er ,you yu tan qian wei ben zheng de biao mian duo xing ,yu tao ci ji ti fu ge shi ,jie mian jie ge jiao cha wang wang hui xian zhi qian wei zeng jiang ti xing neng de fa hui ,cong er ying xiang tao ci ji fu ge cai liao zheng ti de xing neng 。tong shi ,chuan tong de tao ci fu ge cai liao gong neng chan yi ,jie gou -gong neng yi ti hua ying yong shou xian 。wei ci ben lun wen fen bie cai yong tan na mi xian （CNWs）he tan hua gui na mi xian （SiCNWs）liang chong yi wei na mi cai liao dui tan qian wei jin hang biao mian xiu shi ,zhi bei le CNWs-CFhe SiCNWs-CFliang chong duo che du zeng jiang ti ;zai ci ji chu shang ,cai yong qian qu ti jin zi lie jie ji shu ,yi ZrCchao gao wen tao ci wei ji ti ,zhi bei le CNWs-CF/ZrChe SiCNWs-CF/ZrCliang chong nai gao wen xing neng you yi de xin xing duo gong neng duo kong tao ci fu ge cai liao 。lun wen yan jiu le liang chong fu ge cai liao de zhi bei gong yi ,tan tao le zhi bei fang fa 、cai liao zu cheng deng dui liang chong fu ge cai liao ji xie xing neng 、re wu li xing neng yi ji jie gou jian kang jian ce xing neng de ying xiang ji gui lv 。yi CH4wei tan yuan ,cai yong deng li zi zeng jiang hua xue qi xiang chen ji （PECVD）ji shu zai tan qian wei biao mian yuan wei sheng chang tan na mi xian ,zhi bei le CNWs-CFduo che du zeng jiang ti 。yan jiu le bu tong zhi bei gong yi dui CNWsxing mao he jie gou de ying xiang 。tan qian wei biao mian PECVDsheng chang CNWsde zui jia gong yi tiao jian :cui hua ji wei 0.05mol/Lde Ni（NO3）2·6H2Obing tong rong ye ,fan ying qi yuan wei 40/10sccmde CH4/H2,fan ying wen du wei 700°C,she pin shi jian wei 30min。zhi jing wei 80-120nm,chang du wei 3-4μmde tan na mi xian yan zhao tan qian wei jing xiang jun yun sheng chang zai tan qian wei biao mian 。tan na mi xian de sheng chang ,you xiao di sheng le qian wei zeng jiang ti de bi biao mian ji ,zeng jia le qian wei biao mian cu cao du ,jiang tan qian wei yu ju ge wu ji ti de jie mian jian qie jiang du （Interfacial shear strength,IFSS）di sheng 77%。cai yong hua xue qi xiang shen tou （CVI）ji shu ,yi jia ji san lv gui wan （CH3SiCl3）wei Siyuan he Cyuan ,zai tan qian wei biao mian yuan wei sheng chang SiCna mi xian ,zhi bei le duo che du SiCNWs-CFzeng jiang ti 。tan suo le tan qian wei biao mian SiCna mi xian de ke kong zhi bei gong yi 。tan qian wei biao mian CVIzhi bei SiCna mi xian de zui jia sheng chang tiao jian :cui hua ji wei 0.05mol/Lde Co（NO3）2·6H2Obing tong rong ye ,fan ying yuan liao wei 80%CH3SiCl3/20%H2,fan ying wen du wei 1000°C,fan ying shi jian wei 1h。zhi jing wei 80-100nm,chang du wei shi ji wei mi de SiCna mi xian ke jun yun sheng chang zai tan qian wei biao mian 。tan qian wei biao mian SiCna mi xian de sheng chang ,zeng jiang le qian wei yu tao ci ji ti zhi jian de ji xie yao ge zuo yong ,di sheng le liang zhe de jie mian jie ge jiang du 。yi tan na mi xian xiu shi tan qian wei wei zeng jiang ti ,cai yong qian qu ti jin zi lie jie （Precursor Infiltration Pyrolysis,PIP）ji shu zhi bei le CNWs-CF/ZrCduo kong tao ci fu ge cai liao 。yan jiu le yi si lv hua gao （ZrCl4）,yi xian bing tong （CH3COCH2COCH3）,jia chun （CH3OH）he 1,4-ding er chun （C4H8（OH）2）wei chan ti zhi bei ZrCtao ci qian qu ti de fan ying ji zhi 。yan jiu le ZrCtao ci qian qu ti de re lie jie hang wei ,ZrCtao ci qian qu ti zai lie jie guo cheng zhong xian shi chu ming xian de si ge shi chong tai jie ,jing guo 1600°Clie jie hou sheng cheng le jie jing xing liang hao de chun xiang ZrCtao ci ,tao ci chan lv wei 38.72%。yan jiu le bu tong jin zi lie jie xun huan tiao jian xia ,CNWs-CF/ZrCduo kong tao ci fu ge cai liao de mi du ,kong xi lv he ya su jiang du de bian hua 。dang jin zi lie jie xun huan 6ci shi ,CNWs-CF/ZrCfu ge cai liao x/yfang xiang ya su jiang du wei 16.01±1.48MPa,zfang xiang ya su jiang du ke da dao 25.77±1.62MPa。chong dian yan jiu le CNWsde yin ru dui CNWs-CF/ZrCfu ge cai liao re dao lv he jie gou jian kang jian ce ling min du de ying xiang 。CNWsde yin ru shi de CNWs-CF/ZrCfu ge cai liao de re dao lv lve gao yu xiang tong gong yi tiao jian xia CF/ZrCfu ge cai liao ,er CNWs-CF/ZrCduo kong tao ci fu ge cai liao de ying bian ling min ji shu yao wei CF/ZrCfu ge cai liao de 4.17bei 。cai yong qian qu ti jin zi lie jie ji shu ,yi SiCNWs-CFduo che du fu ge jie gou wei zeng jiang ti ,zhi bei le SiCNWs-CF/ZrCduo kong tao ci fu ge cai liao 。yan jiu le tan qian wei biao mian SiCNWsde sheng chang dui SiCNWs-CF/ZrCfu ge cai liao wei jie gou ji zu cheng de ying xiang 。zai xiang tong de jin zi lie jie tiao jian xia ,SiCNWsde yin ru xian zhe zeng jia le ZrCtao ci zai tan qian wei biao mian de fu zai liang ,SiCNWs-CFbiao mian ke jun yun bao fu yi ceng ZrCtao ci ceng 。yan jiu le zai bu tong de jin zi lie jie xun huan tiao jian xia ,SiCNWs-CF/ZrCfu ge cai liao de mi du ,kong xi lv ,ya su jiang du ,shi wen re dao lv 。dang jin zi lie jie xun huan 6ci shi ,SiCNWs-CF/ZrCfu ge cai liao mi du wei 1.85g/cm3,kong xi lv wei 68.13%,zfang xiang ya su jiang du wei 23.64±1.25MPa,x/yfang xiang ya su jiang du wei 13.02±1.23MPa。bi jiao le CF/ZrCyu SiCNWs-CF/ZrCliang chong fu ge cai liao de shi wen re dao lv ji jie gou jian kang jian ce ling min du ,SiCNWs-CF/ZrCduo kong tao ci fu ge cai liao de re dao lv lve gao yu CF/ZrCfu ge cai liao ,tan qian wei biao mian SiCNWsde yin ru jiang fu ge cai liao de jie gou jian kang jian ce ling min ji shu di gao 14.27bei 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的闫利文，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于碳纤维论文,碳纳米线论文,碳化硅纳米线论文,多尺度界面论文,陶瓷论文,多功能复合材料论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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