聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面sibnc涂層及其復(fù)合材料

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1、學(xué)校代碼：jing10255學(xué)號(hào)：2110266東華大學(xué)碩士學(xué)位論文聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層及其復(fù)合材料PREPARESiBNCCOATINGONCARBONFIBERSANDSiBNCCOMPOSITEVIAPOLYMERDERIVED學(xué)科專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)學(xué)生姓名：邱顯星指導(dǎo)教師：滕翠青余木火答辯時(shí)間：2014年1月東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（MaterialsScience&Engineering,DonghuaUniversity)萬(wàn)方數(shù)據(jù)東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行

2、研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫(xiě)，我對(duì)所寫(xiě)的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日萬(wàn)方數(shù)據(jù)東華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)東華大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本版權(quán)書(shū)。本學(xué)位論文屬于不

3、保密□。學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日萬(wàn)方數(shù)據(jù)東華大學(xué)碩士學(xué)位論文聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層及其復(fù)合材料聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層及其復(fù)合材料摘要碳纖維作為增強(qiáng)材料在航空航天、武器裝備領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。但碳纖維與基體之間存在著一系列的界面問(wèn)題，妨礙了碳纖維與基體的直接復(fù)合。同時(shí)，碳纖維在高溫下易與空氣發(fā)生反應(yīng)，降低其力學(xué)性能。因此，制備碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的關(guān)鍵問(wèn)題時(shí)解決碳纖維與陶瓷基體的相容性，在碳纖維與基體復(fù)合之前，預(yù)先在碳纖維表面涂覆一層陶瓷化合物，既可以改善碳纖維與基體的潤(rùn)濕性，又能保護(hù)碳纖維避免氧氣的

4、入侵。SiBNC具有良好的高溫抗氧化性，在超高溫環(huán)境下其表面形成抗氧化層，減少向碳纖維擴(kuò)散的氧氣量。碳纖維表面涂層的制備工藝主要有化學(xué)氣相沉積法、溶膠凝膠法和浸漬裂解法等，其中浸漬裂解法由于其工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、容易操作等優(yōu)點(diǎn)適合工業(yè)工業(yè)化制備碳纖維表面涂層。本文對(duì)碳纖維表面涂層技術(shù)的發(fā)展、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行了論述，總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，確定了聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層的工藝路線(xiàn)。主要研究了聚硼硅氮烷的交聯(lián)與裂解機(jī)理、聚合物溶液濃度和涂覆周期對(duì)涂層的影響。采用XRD、SEM、EDS、XPS和TG等技術(shù)手段對(duì)涂層相組成、形貌和抗氧化性能進(jìn)行了表征和分析，采用單絲

5、拉伸儀對(duì)涂層碳纖維的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。并探索了I萬(wàn)方數(shù)據(jù)東華大學(xué)碩士學(xué)位論文聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層及其復(fù)合材料碳纖維短纖增強(qiáng)SiBNC復(fù)合材料的制備。得出以下結(jié)論：1、交聯(lián)溫度在200℃時(shí)，凝膠含量迅速上升到90%以上，隨著交聯(lián)溫度的提高，凝膠含量均有上升，但交聯(lián)溫度240℃以后，凝膠含量核和瓷產(chǎn)率上升幅度越來(lái)越小。2、裂解過(guò)程第一階段活化能為161.39kJ/mol，遵循Avrami-Erofeev方程，由隨機(jī)成核步驟控制裂解反應(yīng)。這一階段主要是Si-C鍵、C-N鍵和C-C鍵斷裂，釋放出碳?xì)浠衔锖偷獨(dú)浠衔餁怏w。第二階段的活化能為379.42kJ/m

6、ol，由一維擴(kuò)散過(guò)程控制裂解反應(yīng)。3、采用聚硼硅氮烷轉(zhuǎn)化法制備碳纖維涂層，濃度為0.01%~3%時(shí)，涂層均勻致密，可以直觀(guān)的看出涂層具有一定的厚度，為30~150nm。4、不同濃度制備的涂層碳纖維強(qiáng)度降幅都不大，低濃度制備的涂層碳纖維基本保持了原碳纖維的力學(xué)性能。涂覆周期對(duì)涂層碳纖維的強(qiáng)度有一定影響。5、未涂層碳纖維的氧化活化能為87.29kJ/mol，5%、0.5%、0.05%涂層碳纖維的氧化活化能分別為167.52kJ/mo、178.42kJ/mol、163.19kJ/mol。6、通過(guò)對(duì)制備工藝的探索，發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體240℃交聯(lián)3h，熱壓壓力為150MPa，熱壓溫度為220

7、℃制備的的復(fù)合材料完整致密。關(guān)鍵詞：聚合物轉(zhuǎn)化法，碳纖維，SiBNC，抗氧化，復(fù)合材料II萬(wàn)方數(shù)據(jù)東華大學(xué)碩士學(xué)位論文聚合物轉(zhuǎn)化法制備碳纖維表面SiBNC涂層及其復(fù)合材料PREPARESiBNCCOATINGONCARBONFIBERSANDSiBNCCOMPOSITEVIAPOLYMERDERIVEDABSTRACTCompositematerialsmadeofaceramic-basedmatrixreinforcedbycarbonfibersappeartobeattractivecandidatefor