液相先驱转化法制备锆掺杂CC复合材料研究.doc

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1、2010年10月第44卷第5期Q4磊挖专蔓恕液相先驱转化法制备错掺杂c—C复合材料的研究右岳刘辉迟伟东沈曾民北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室国家碳纤维工程技术研究屮心北京100029摘耍首先以八水氧氯化钻为原料合成了含钻液相先驱体，利用TG、XRD等研究了含钻液相先驱体的分解过程和产物；然后以含钳液相先驱体为浸溃剂对初始密度分别为1.0、1.2、1.4和1.6g•cma的纯C—C复合材料进行浸溃处理，研究了钻•掺杂C—C复合材料的密度和ZrO,含量变化以及钻在复合材料中的存在形式及分布状态，同时研究

2、了钻掺杂C—C复合材料的抗氧化性能。结果表明：液相先驱体于ooo.i6009处理后完全转1化为纳米的Zm2和z尤粒子，其中m.Z向2、£.z由2、Z尤的晶粒尺寸分别为32、19、28nm；纳米ZrO：均匀分布于c—c复合材料的表而、基体中与碳纤维表而;在生成z尤的过程中,纳米Zr02不仅与C—c复合材料中的基体碳相互作用，还和增强体碳纤维相互作用，使其表而产生缺陷和孔洞而降低了部分纤维的增强作用；但相比于纯c—C复合材料，钻掺杂C—C复合材料的抗氧化性能明显捉高。关键词c—C复合材料,液相先驱体，真空浸溃法,纳米氧

3、化错，纳米碳化箔,抗氧化性c—C复合材料具备很多优异的性能，如高强度、高模量、高热稳定性、低密度、抗热鳶、低热膨胀和咐烧蚀等特点，在航空、航天领域具有很高的应用价值。但是，C—c复合材料的这些优异性能只有在惰性气氛屮才能保持，其在空气中400°C左右就开始氧化，当温度高于500°C时会迅速氧化…。因此，提高C-C^¥材T.2含钳液相先驱体的合成以八水氧氯化钳(ZrOCI：-8I-I20)为钳源，正丙醇(C,IKOH)为溶剂，乙酰丙酗为配位剂，并以一定的顺序和摩尔比在三口烧瓶中混合加热并冷凝冋流，于92°C均匀搅拌混

4、合0.5h即得含铅的液相先骡体。八水氧氯化钳不溶于无水正丙醇溶液，但可以与乙酰料的抗氧化性能对其发展有着重要的意义。丙酮配位后得无色透明的溶液，再在加热并冷凝冋流文献[2—6]报道，在基体碳中添加难熔金属化合的条件卜一与正丙醇发牛醇解反应，牛成帯配体的钻化物能够有效提高C—C复合材料的耐烧蚀性能。传统合物(含钳液相先驱体)和盐酸(HC1)[7-s]o推断其做法是将难熔金屈氧化物或碳化物克接添加到沥青或树脂没溃剂中，并川其浸喷预制体制备耐烧蚀C-C复合材料。但此法成本高，n添加物在基体中分散不均易产牛因聚，从而影响其

5、耐烧蚀效杲。为克服这些弊端，在本工作中，采川真帘浸溃法结合液相先驱转化法将氧化钻与碳化钻引入到初始密度不同的纯C—C复合材料中,并经不同温度处理制备出ci纳米ZrO：(或ZrC)复合材料，并对其微观形貌、状态及抗氧化性能等进行了研究。1试验化学反应如下：ZrOC12・8H20+acacH——[ZrC1(ac8c)(OH)2(H20)a]+HCI；[ZrPru(acac)(OH)2(H20)P]+HC11.3真空浸溃液相先骡转化法制备C—C-纳米ZrO：复合材料首先将不同初始密度的纯C—C复合材料置于真空浸溃装置中抽

6、真空，使材料孔隙中的气体完全抽除，然后通入含钻液相将材料浸泡2h,利用负压作用将含钳液相先驱体引入到材料内部，取出后置于1201.1纯c—C复合材料的制备用软化点为84°C.残碳率为47%(ttI〉的自制石汕沥青浸溃PAN基碳纤维预制体，制备出初始密度分别为1.0、1.2、1.4、1.6g・cm—的纯C-C复°C的烘箱中干燥5h,再将引入先骡体的c—C复合材2010年10月痢4卷第5期1984年生，硕士研究生。修回日期:2010—04—10345~350編辑:柴剑玲2010/5瞅林枷REFRACTORS先驱转化法制

7、备错掺杂C-C复合材料的研究石岳刘辉迟伟东沈曾民北京化工大学復纤址及功能高分子闻家康纤维工程技术研丸中心北京100029摘S首先以八水氧氯化修为原料含成了含蜡液相先驭体.利用TG、XRD寻研究了含幡液相先駁体的分解过程和产4h；健后以含恰液相丸辗体为浸演剂叶初焉密度分列为1.0J.2J.4和1.6g・cm'的纯C-C复合材料进行浸潢处理，研丸了蜡拶决C-C*合材列■的密废和ZrO?含童变化以及捲在夏合材蚪中的存在刑式及分布状态何时研丸了恰摻余C-C丈合材料的抗氧化也能。结果表明：浪相先驱体于1OOOJ600P炊現后

8、丸全转化为纳来的ZiO?和Zi€M子•其中m-ZrO:u-ZiO2.ZiC的赢❷尺寸分别为32、19、28nm;蜻来Z©均匀分布于C-C父金林料的表面、雇体中与虞外维表面；在生AZr€的过客申，蜻录ZrO?不仅与C-C复合材料中的基体廈相互作用，还和增强体孩歼堆相互作用•使其表面产生燄陷和孔利而降低了部分纤堆的增冬作用；但相比于纯c-cx^材斡，信摻杂C-C