先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備無(wú)機(jī)基-有機(jī)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?zé)崃鞣较蛐纬墒固沾上闰?qū)體進(jìn)行梯度裂解的溫度梯度，并通過(guò)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(chǔ)。 文中在進(jìn)行對(duì)比分析幾種常用的陶瓷先驅(qū)體聚合物性能、成本的基礎(chǔ)上，選用了兩種國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的低成本的聚甲基硅氧烷樹(shù)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(guò)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(duì)不同裂解溫度下的裂解產(chǎn)物進(jìn)行了FTIR、XRD及DTA-TG測(cè)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(qiáng)SAR-9聚合物基復(fù)合材料為坯料，以SAR-2為浸

3、漬樹(shù)脂，采用了四種不同的裂解溫度，通過(guò)多次浸漬-裂解循環(huán)致密工藝制備出Cf/Si-C-O陶瓷復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明，裂解溫度為1200℃，經(jīng)過(guò)7次循環(huán)裂解-浸漬致密工藝所制備的Cf/Si-C-O陶瓷復(fù)合材料，其室溫彎曲強(qiáng)度和1000℃氧化后彎曲強(qiáng)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(duì)制備的陶瓷復(fù)合材料材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度高于1600℃時(shí)，在Cf/Si-C-O

4、陶瓷復(fù)合材料界面碳纖維與Si-C-O陶瓷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成SiC結(jié)晶體。溫度越高反應(yīng)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(guò)程熱傳導(dǎo)計(jì)算分析方法，并建立相應(yīng)的計(jì)算模型，對(duì)ψ/δ＞5的碳纖維增強(qiáng)SAR-9分復(fù)合材料樣品表面加載不同熱流密度時(shí)的溫度梯度進(jìn)行了計(jì)算。從理論上計(jì)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(shí)間。計(jì)算結(jié)果表明，熱流密度為600kW/m2、加熱時(shí)間為2-5s

5、時(shí)比較適宜。然后，設(shè)計(jì)制作了三種表面裂解裝置和加熱方法，并進(jìn)行了試驗(yàn)比較。試驗(yàn)表明采用傳熱法可以有效的對(duì)裂解樣品進(jìn)行氣體保護(hù)，提供表面裂解所要求的熱流密度。 以氧乙炔焰作熱源對(duì)Cf/SAR-9聚合物復(fù)合材料坯料進(jìn)行表面裂解，以SAR-2作浸漬樹(shù)脂，通過(guò)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(fù)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(yīng)程度呈梯度變化，表面先驅(qū)體裂解轉(zhuǎn)化成S