炭纤维及其炭炭复合材料的氧化特性研究

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1、硕士学位论文摘要炭纤维及其炭1炭复合材料具有高比模量，高比强度，耐腐蚀，耐疲劳，耐磨损，比重轻等一系列优异性能。广泛应用于航空、航天、机械、化工、生物器材等领域。在一定温度的氧化性气氛中，炭纤维和炭，炭复合材料会与氧发生反应，并且随着温度的升高，氧化反应的速度加快，致使炭材料的强度降低，性能退化。因此，有关其抗氧化问题一直是各国学者持续研究的热点。本文以三种聚丙烯腈(PAN)基炭纤维为原丝，采用浸渍硼酸溶液及添加硼酸高温热处理两种方法对其进行抗氧化处理。较系统考察了炭纤维原丝和对其硼酸处理后炭纤维的氧化特性，同时通过对炭纤维试样进行XR

2、D、SEM、LAMAN、XPS分析，查明了氧化失重率与微晶参数、形貌、表面结构和成分之间的内在联系，阐明了炭纤维的抗氧化作用机理。将炭纤维毡体分别进行传统的高温热处理和添加硼酸高温热处理，然后采用化学气相沉积工艺制备炭／炭复合材料。分别考察了毡体热处理温度及在毡体中添加硼酸高温热处理对炭／炭复合材料氧化特性的影响，采用扫描电镜对不同氧化时间下样品进行形貌观察，阐明了炭／炭复合材料的氧化过程及炭／炭复合材料的氧化作用机理。研究结果表明，PAN基炭纤维的氧化特性与其石墨微晶参数和表面形貌密切相关。高温热处理可使炭纤维的微晶尺寸增大，石墨化度

3、提高，表面沟槽、坑洞等缺陷减少，抗氧化性提高。浸渍硼酸可提高炭纤维的抗氧化能力，硼酸脱水后生成的玻璃状氧化硼熔融体，掩蔽了炭纤维的表面活性点，填补了缺陷，抑制了炭纤维的氧化。添加硼酸高温热处理掺硼比浸渍硼酸对炭纤维的防氧化更为有效，硼原子可降低炭纤维中无定形碳向石墨转化的活化能，促进炭纤维的石墨化，提高其抗氧化能力；原位生成的氮化硼在一定温度下被氧化生成具有防氧化效果的氧化硼。炭纤维毡体自身抗氧化能力的提高导致炭／炭复合材料整体抗氧化能力的提高。关键词：炭纤维；炭／炭复合材料；高温热处理；硼酸；氧化特性炭纤维及其炭，炭复合材料的氧化特性

4、研究====巴===!!!===竺=====竺!====竺===：=====：===：===!!：==!=!===!=!：AbstractCarbonfibers(CF)andcarbonfiberreinforcedcarbon(C／C)compositeshavemuchgoodproperties。suchashighspecificmodulus、highspecificstrength、corrosionresistance、tirednessresistance、abrasionresistance、light，etc．It

5、iswidelyusedinspaceflightvehicles、aviation、machinery、chemicalengineering、biotastores，etc．Atcertaintemperature，CFandC／Ccompositeswillbequickenoxygeninoxidationatmosphere，andtherateofthereactionwillstepupasthetemperaturegethigher，whichleadtothestrengthofthecarbonmaterialsd

6、egradedandpropertiesweaken．SotheoxidationinhibitionofCFandCICcompositesisalwaysafocusformanycountries’researchers．ThethreekindsofPAN-basedcarbonfiberswereusedasrawmaterials．Twowaysofoxidationinhibitiontreatmentforcarbonfiberswereboricacidsoakingandhigh-temperatureheattre

7、atmentwithaddingboricacid．TheoxidationbehaviorsofuntreatedCFbyboricandtreatedCFhavebeeninvestigated．Therelationsoftheoxidationweighlossrateandgraphitecrystaltiteparameter、morphologyandtheconstruction、compositionofCFwereinvestigatedbyXRD、SEM、LAMAN、XPS．Theoxidationinhibiti

8、onmechanismofCFWasclarifled．Twokindsofcarbonfiberfeltsweretreatedseparatelybyhigh-temperatureheattreatm