利用溶膠-凝膠法制備耐燒蝕C-C復(fù)合材料的研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料即炭纖維增強(qiáng)炭基體復(fù)合材料，具有耐高溫、低密度、高比強(qiáng)度、高比剛性和抗熱震性等優(yōu)良的特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的高溫抗燒蝕材料。但在高溫、高壓氣流的作用下，氧化嚴(yán)重，加速了其燒蝕速率，極其限制了該材料的應(yīng)用。目前在C/C復(fù)合材料3000℃以上的抗燒蝕研究方面，摻雜難熔金屬化合物進(jìn)行基體改性是一個(gè)重要的途徑。
　　 在本文中我們采用溶膠-凝膠法對(duì)低密度的C/C復(fù)合材料進(jìn)行難熔金屬鋯化合物的摻雜。主要研究了溶膠-凝膠工藝以及利用

2、該工藝制備得到的含鋯C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和抗燒蝕性能。在凝膠劑的選擇過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，醋酸鋯與自制凝膠劑混合所得到的醋酸鋯溶膠在室溫下具有較低的粘度，能夠在低溫下快速凝膠，適合于對(duì)低密度C/C復(fù)合材料進(jìn)行難熔金屬鋯化合物的摻雜。TG測(cè)試表明，醋酸鋯凝膠在400℃之前失重劇烈，之后失重曲線(xiàn)逐漸趨于緩和；從傅里葉紅外譜圖中發(fā)現(xiàn)醋酸鋯凝膠在800℃熱處理下，可以將有機(jī)物完全除去，得到純凈的ZrO2；通過(guò)對(duì)醋酸鋯凝膠的高溫處理發(fā)現(xiàn)，ZrO2在

3、1600℃時(shí)完成向ZrC的轉(zhuǎn)變，在2600℃時(shí)，已經(jīng)完全轉(zhuǎn)為立方相ZrC；隨著熱處理溫度的提高，顆粒大小也隨之增大，晶體的結(jié)晶度也隨之提高。
　　 利用溶膠-凝膠法分別對(duì)密度為1.59和1.39g/cm3的C/C復(fù)合材料進(jìn)行鋯化合物摻雜發(fā)現(xiàn)，密度最終分別達(dá)到1.86和1.88 g/cm3，Zr含量分別達(dá)到14％和24％。說(shuō)明該方法在對(duì)低密度的C/C復(fù)合材料摻雜中能夠快速有效的提高材料的鋯含量。通過(guò)背散射電鏡測(cè)試發(fā)現(xiàn)，醋酸鋯凝膠在

4、C/C復(fù)合材料表面形成均勻的ZrC涂層。在C/C復(fù)合材料內(nèi)部的分布主要依賴(lài)于其本身孔洞的分布。由于醋酸鋯溶膠粘度低，可以滲透到材料內(nèi)部，起到彌補(bǔ)材料缺陷的作用。由上可見(jiàn)，利用溶膠-凝膠的方法最終可以起到涂層和基體改性雙重保護(hù)效果。利用萬(wàn)能拉伸機(jī)對(duì)一定密度，含鋯量不同的C/C復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著鋯含量的增加，材料的力學(xué)性能出現(xiàn)較大幅度的下降，主要原因在于高溫處理(1600℃以上)過(guò)程中，ZrO2與炭發(fā)生還原反應(yīng)，隨著鋯含量的