先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備無機基-有機聚合物梯度材料.pdf

1、本研究旨在采用表面加載高溫高密度熱流方法，在材料內(nèi)部沿熱流方向形成使陶瓷先驅(qū)體進行梯度裂解的溫度梯度，并通過多次表面浸漬-裂解循環(huán)致密工藝制備表面耐高溫氧化性能優(yōu)異的陶瓷/聚合物梯度材料，為今后研制具有陶瓷耐燒蝕性能的聚合物耐燒蝕材料打下基礎。 文中在進行對比分析幾種常用的陶瓷先驅(qū)體聚合物性能、成本的基礎上，選用了兩種國內(nèi)生產(chǎn)的低成本的聚甲基硅氧烷樹脂SAR-9和SAR-2作陶瓷先驅(qū)體，制備具有耐高溫氧化性能的Si-C-O陶瓷。

2、通過惰性環(huán)境DTA和熱失重分析得出SAR-9的裂解溫度范圍是230-837℃，陶瓷轉(zhuǎn)化率大于85％。對不同裂解溫度下的裂解產(chǎn)物進行了FTIR、XRD及DTA-TG測試分析，結(jié)果表明SAR-9在1200℃裂解轉(zhuǎn)化生成Si-C-O陶瓷的耐氧化性能最好，在1000℃高溫空氣氧化失重率為0.4％，而900℃、1600℃裂解轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物的失重率分別為2.2％、2.6％。 以1∶1碳纖維布增強SAR-9聚合物基復合材料為坯料，以SAR-2為浸

3、漬樹脂，采用了四種不同的裂解溫度，通過多次浸漬-裂解循環(huán)致密工藝制備出Cf/Si-C-O陶瓷復合材料。試驗結(jié)果表明，裂解溫度為1200℃，經(jīng)過7次循環(huán)裂解-浸漬致密工藝所制備的Cf/Si-C-O陶瓷復合材料，其室溫彎曲強度和1000℃氧化后彎曲強度的保留值最高，分別為190.5MPa、172.3MPa，其密度為1.920g/cm3。然后，在惰性氣氛下對制備的陶瓷復合材料材料進行高溫熱處理，發(fā)現(xiàn)當溫度高于1600℃時，在Cf/Si-C-O

4、陶瓷復合材料界面碳纖維與Si-C-O陶瓷發(fā)生化學反應，生成SiC結(jié)晶體。溫度越高反應越劇烈，碳纖維表面破壞程度加劇，SiC晶體顆粒增大。 借助材料燒蝕過程熱傳導計算分析方法，并建立相應的計算模型，對ψ/δ＞5的碳纖維增強SAR-9分復合材料樣品表面加載不同熱流密度時的溫度梯度進行了計算。從理論上計算出采用表面裂解SAR-9方法制備陶瓷梯度材料所需要的熱流密度與加熱時間。計算結(jié)果表明，熱流密度為600kW/m2、加熱時間為2-5s

5、時比較適宜。然后，設計制作了三種表面裂解裝置和加熱方法，并進行了試驗比較。試驗表明采用傳熱法可以有效的對裂解樣品進行氣體保護，提供表面裂解所要求的熱流密度。 以氧乙炔焰作熱源對Cf/SAR-9聚合物復合材料坯料進行表面裂解，以SAR-2作浸漬樹脂，通過多次循環(huán)表面浸漬-裂解致密工藝制備出Si-C-O/聚甲基硅氧烷梯度復合材料。樣品縱截面不同區(qū)域反射FTIR分析結(jié)果表明，聚甲基硅氧烷的裂解反應程度呈梯度變化，表面先驅(qū)體裂解轉(zhuǎn)化成S