锆掺杂C/C复合材料的制备及微观结构研究

作     者：石岳 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：迟伟东

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：C/C复合材料 纳米ZrO2 纳米ZrC 均匀分布 抗氧化 

摘      要：为解决难熔金属氧化物、碳化物在C／C复合材料中的分布的问题,本文以不同原料和工艺制备出3种锆掺杂C／C复合材料。对锆在C／C复合材料中的存在形式、微观形貌、结晶状态、分布情况以及复合材料的抗氧化性能等进行了研究,主要工作如下： 1、以氧氯化锆为原料合成了含锆液相先驱体,并以其为浸渍剂对不同初始密度的纯C／C复合材料进行锆掺杂处理,研究了其密度和ZrO2含量的变化规律,锆在复合材料中的存在形式及分布状态和抗氧化性能。结果表明：先驱体于1000℃和1600℃处理后完全转化为纳米ZrO2晶体和纳米ZrC晶体且均匀分布于材料的表面、基体中与碳纤维表面。ZrC是在高温处理过程中是以液相反应机制生成的。所制备的C／C-纳米ZrO2和C／C-纳米ZrC复合材料的抗氧化性能得到明显提升。 2、以醋酸锆溶液和石油沥青为原料,制备出ZrO2含量高达70%的C／C-纳米ZrO2复合材料和C/ZrC复合材料,对其致密化规律、材料中锆的存在形式和分布状态、高温下的抗氧化性能进行了研究。结果表明：锆经1000℃和1600℃处理后完全转化为单斜纳米ZrO2晶体和立方纳米ZrC晶体且均匀分布于材料的基体中与碳纤维表面。ZrC是以液相反应机制生成的。纳米ZrO2不仅会与C／C复合材料中的基体碳相互作用,同时能和增强体碳纤维相互作用,使纤维表面产生缺陷和孔洞,降低部分纤维的增强作用。 3、合成出苯甲酸氧锆,并以其为锆源制备出不同锆含量的改性沥青,研究了锆含量对改性沥青性能的影响。以锆含量为3%的改性沥青制备出锆掺杂C／C复合材料,研究了锆在C／C复合材料中的存在形式和分布状态以及抗氧化性能。结果表明：改沥青软化点和粘度随锆含量增加而增加。经1000℃和1600℃处理后完全转化为单斜纳米ZrO2晶体和立方纳米ZrC晶体且均匀分布于材料的基体中与碳纤维表面,抗氧化性能较纯C／C复合材料有所提升。