无粘结剂C-SiC-BC碳/陶复合材料的制备及自愈合抗氧化性能研究

摘要

碳材料由于具有密度小,耐高温,优良的抗热震性能,强度不随温度升高下降等特点而大量应用于高温场合.但由于碳在空气中高温下会发生氧化,这大大限制了其应用.多年以来,提高碳材料的高温抗氧化性能一直是材料科技人员奋斗的目标,C-SiC-B<,4>C碳/陶复合材料就是这方面研究的尝试.不同于涂层法抗氧化,C-SiC-B<,4>C复合材料的抗氧化具有自愈合特点.含有一定挥发份的生石油焦经超细研磨后无需添加粘结剂可以直接进行成型和烧结,这种特殊的自烧结碳素原料可以制备高强高密的各向同性碳素材料.该文在此研究基础上成功制备出了C-SiC-B<,4>C碳/陶复合材料:以含挥发份12％的南京生焦作为碳源,外加不同含量的SiC、B<,4>C陶瓷粉末,混合球磨获得碳陶复合细粉末,模压成型,然后经1600℃烧结得到不同陶瓷含量的C-SiC-B<,4>C复合材料.测定了复合材料的密度与强度,讨论了制备高密度复合材料需要满足的条件.通过烧结前后复合材料的粉末X射线物相分析及复合材料断面微结构的观察,详细研究了复合材料的烧结过程和烧结机理.在700℃~1300℃各温度下对C-SiC-B<,4>C复合材料进行了高温抗氧化性能的测试.结果表明:复合材料在1100℃、1200℃氧化时表面会生成固态自愈合抗氧化保护膜,该层保护膜的生成可以阻止复合材料继续被氧化;而当复合材料在1300℃下氧化时生成的自愈合保护膜呈液态,此时复合材料的抗氧化性能变差.自愈合抗氧化保护膜的成分是SiC、B<,4>C氧化后生成的SiO<,2>·B<,2>O<,3>固溶体.能否生成自愈合抗氧化保护膜的影响因素有材料的相对密度、B<,4>C含量、SiC/B<,4>C含量比值、氧化温度等,并强调了烧结过程对提高复合材料密度进而提高抗氧化性能的作用.最后借助SEM观察了自愈合抗氧化保护膜的表面形貌并测定了其厚度.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1前言

1.2复合材料概述

1.3碳基复合材料

1.4碳材料的高温抗氧化保护

1.5碳/陶复合材料

1.6选题依据与本文目的

1.7研究内容

第二章实验方法和实验内容

2.1原材料与试剂

2.2实验主要仪器设备

2.4碳/陶复合材料的制备及其测试

2.5碳/陶复合材料高温自愈合抗氧化性能研究

第三章生焦细粉无粘结剂成型性能与自烧结性能研究

3.1前言

3.2生石油焦概述

3.3生焦的热物化性能

3.4研磨工艺对生焦性能的影响

3.5生石油焦无粘结剂成型性能和自烧结性能

3.6本章小结

第四章碳/陶复合材料的制备

4.1前言

4.2复合细粉的粒度分布

4.3实验结果

4.4碳/陶复合材料生坯的成型压力确定

4.5碳/陶复合材料的烧结

4.6碳/陶复合材料微观结构的观察

4.7本章小结

第五章碳/陶复合材料的自愈合抗氧化

5.1 C-SiC-B4C碳/陶复合材料的抗氧化原理

5.2碳/陶复合材料的抗氧化性能测试

5.3自愈合抗氧化保护膜的SEM观察

5.4氧化实验结果分析

5.5自愈合抗氧化保护膜低温时的稳定性

5.6本章小结

结论

致谢

参考文献

附录A(攻读学位期间发表论文目录)

附录B(氧化失重的表示方法)