泡沫炭抗氧化性能的研究

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1、摘要泡沫炭与普通炭材料一样都具有质轻、抗热震性能好、耐高温、耐腐蚀、弹性好、强度大、易加工等优点。与炭普通炭材料相比，泡沫炭材料是各向同性的，可用作轻体结构材料的基体。此外，泡沫炭材料还具有优良的导电性、导热性、自润滑性和高温机械强度。因此，在航天、航空、核能、机械、化工和高温工程等众多领域获得广泛应用。但是泡沫炭材料与炭家族中其它成员一样，在氧化环境下，当温度超过400"C时，炭材料很容易被氧化，并引起材料损耗、结构破坏、性能急剧下降。因而其在高温氧化性气氛下的应用受到了很大的限制。本研究主要采用两种方法来提高泡沫炭的抗氧化性：一种是浸渍法；另一种是化学气相沉积法(CVD)。磷酸盐

2、．硼酸盐浸渍实验是在真空度为-0．095Mpa下，用磷酸．磷酸盐混合溶液或硼酸．硼酸盐溶液浸渍泡沫炭，浸渍后的样品在烘箱中干燥脱水4h，然后在N2保护下900℃保温2h固化制备样品，在空气中加热到700℃保温lh做抗氧化性实验。计算泡沫炭失重率及其热重(TG)分析的结果，得出泡沫炭的抗氧化性结果，并且考察了浸渍溶液种类和浸渍时间等因素对抗氧化性的影响。化学气相沉积法(CVD)主要是选用低沸点的含Ti的化合物，以H2为还原气，以N2或者C2H2为载气，在800℃一1100℃温度条件下发生氧化还原反应，在泡沫炭上沉积形成TiC／TiN复合涂层，以提高泡沫炭材料的抗氧化性能。通过改变基体材

3、料、沉积时间、升温速率、载气种类以及前驱体种类等因素来考察沉积涂层的结构变化以及对抗氧化性能的影响。研究结果表明：通过浸渍法可以在泡沫炭基体形成均匀的磷玻璃涂层，在700℃以下时对泡沫炭的抗氧化性有很大的提高，其中在磷玻璃涂层中以磷酸和焦磷酸钠混合溶液为浸渍溶液对泡沫炭的抗氧化性的提高效果最好，失重比率仅为3．99％。而磷酸中炭化硅纳米线的掺入也能显著提高泡沫炭的抗氧化性能。同样方法制得的硼玻璃涂层也可起到和磷玻璃涂层相同的抗氧化效果。通过CVD法在泡沫炭表面沉积制得的涂层是TiC／TiN复合涂层，因为TiC和TiN具有很强的高温热稳定性，所以涂覆TiC／TiN复合涂层的泡沫炭的使用

4、温度可提高到800℃以上。关键词：泡沫炭，磷酸盐，硼酸盐，抗氧化，浸渍，炭化钛／氮化钛，OVl)AbstraccAbatractCarbonfoam，likeothercarbonmaterials，possessesmanypropertiessuchaslightweight，highthermalstabilityandchemicalinert．highstrengthandeasilymachining．Comparingbetweencarbonfoamandcarbonfiber,carbonfoamisisotropy,whichisappliedasaframewo

5、rkoflightstructuralmaterials．Inaddition，carbonfoamhaspropertieswithexcellentelectricconductivity,tolerablethermalconductivity,self-lubricating,uniquehightemperaturestrength．Therefore，carbonfoamisappliedinwidefieldsuchasairspace，nuclearenergy,machine，chemistryengineering,hi曲temperatureengineerin

6、gandSOon．However,carbonfoamiseasytobeo】【idatedabove400"C．Asaresult，structureofcarbonfoamisdestroyedandqualityislowered．Theapplicationofcarbonfoamathightemperatureislimited．Inthisexperiment，twomethods，respectively,impregnatingusingphosphateorborateandchemicalvapordepositing(CVD)areappliedtoimpro

7、vetheoxidationresistanceofcarbonfoam．Intheprocessofimpregnating,carbonfoamisimpregnatedinsolutionofphosphateorboratepreparedat--0．095MPafor2h，thenimpregnatedsamplesareheatedto120"Cfor4htodehydrate．Consequently,thesampleswereheated