PIP法制备C/ZrC-SiC复合材料工艺与性能研究

为了提高超高温陶瓷基复合材料的力学性能和耐烧蚀性能,本文采用前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/ZrC-SiC复合材料,研究了锆硅一体化陶瓷前驱体(ZS)的固化-裂解工艺对C/ZrC-SiC复合材料性能的影响。结果表明:前驱体的裂解温度对复合材料的力学性能影响较大。较高的裂解温度会损坏碳纤维,导致力学性能降低;较低的裂解温度会使碳热还原反应不充分,基体氧含量较高,结构疏松,导致力学性能下降;制备的C/ZrC-SiC复合材料通过了2 850 K的电弧风洞试验考核后线烧蚀率为8.75×10^-4mm/s,呈现出优异的耐烧蚀性能。

反应熔渗工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料研究进展

反应熔渗(RMI)工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料具有周期短、成本低、致密度高等优势,因此获得了广泛关注。本文主要对影响RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的三方面因素(多孔低密度C/C基材结构、基体改性成分及制备工艺)的研究进展进行了综述。研究显示:通过对多孔低密度C/C基材中碳基体类型、碳纤维预制体结构、基材密度及孔隙结构进行优化设计,可显著提升复合材料的力学及抗氧化烧蚀性能;通过基体改性技术在C/C复合材料中引入功能性组元,可显著提高复合材料的抗氧化烧蚀、耐磨擦等性能;通过熔渗工艺优化,如调整熔渗温度、时间,选择合适的熔渗物类型等,可制备出综合性能良好的复合材料。最后,指出了目前RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料中存在的主要问题和潜在研究方向。

微波原位制备作为锂离子电池电极材料的石墨烯/TiO_(2)纳米复合物

通过改造的家用微波炉,实现了原位高效制备石墨烯/TiO_(2)纳米复合物。结果表明:微波辅助法能够在商用锐钛矿型TiO_(2)纳米颗粒表面均匀制备石墨烯纳米片,通过SiO_(2)/Si的剧烈电晕放电,其制备时间仅需数分钟(最短3 min)。石墨烯纳米片的尺寸大约为50 nm且缺陷很少。TiO_(2)晶体结构仍为锐钛矿型,主要归功于极短的制备周期和较低的反应温度(600~700℃)。石墨烯具有优异的电导率,可以提升锂离子扩散速率、提高电子传输速率并降低接触电阻。在1 C(170 mA·g^(−1))条件下石墨烯/TiO_(2)纳米复合物的电池放电比容量提高了2倍。与商业化锐钛矿型TiO_(2)纳米颗粒相比,在1 C到5 C的不同充放电倍率下,石墨烯/TiO_(2)纳米复合物的比容量差距显著扩大。

ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料的循环氧化烧蚀行为

难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而,ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料,剖析了1600℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化,根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理,并利用1700℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明,经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。

meso-四(对甲氧基苯基)卟啉钴在货币金属单晶表面的吸附与自组装研究

利用超高真空低温扫描隧道显微镜系统研究了meso-四对甲氧基苯基卟啉钴分子在Au(111)、Ag(111)和Cu(111)表面的吸附与自组装.该分子在金属表面可以形成两种组装结构A和B.在结构A中,分子间的相互作用主要为π-π堆叠,仅在Au(111)和Ag(111)表面被实验观察到;在结构B中,分子间的相互作用为氢键,仅在Ag(111)和Cu(111)表面被实验观察到.分子-衬底相互作用的差异所引起的分子吸附构象变化被认为是导致不同衬底上的分子形成不同组装结构的原因.研究发现在不同衬底上,分子形成自组装结构的行为存在明显差异.在相近覆盖度下,未参与组装的分子的比例在Cu(111)表面最高,Au(111)次之,Ag(111)最低.表面上参与形成两种组装结构的分子与未参与组装的分子的比例还可通过覆盖度和退火来进行调控.

HfC-TaC改性对C/SiC-ZrC复合材料静态氧化行为的影响

利用HfC-TaC对C/SiC-ZrC陶瓷基热结构复合材料进行改性,提升C/SiC-ZrC材料的抗氧化性能。结合前驱体浸渍裂解和化学气相沉积法制备陶瓷基复合材料,并通过静态氧化实验(1600℃/5h和1600℃/20h)检验其抗氧化性能。结合弯曲强度测试和失重情况分析,发现HfC-TaC可以有效改善C/SiC-ZrC复合材料的氧化行为,且能够使其满足力学性能要求。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等仪器,对复合材料的晶相结构、微观结构等进行了分析,结果显示:均匀的元素分布和基体中各陶瓷组元间良好的融合度是C/SiC-ZrC复合材料抗氧化性能提升的原因。