论文部分内容阅读
本论文主要研究了氧化锆多孔膜的制备方法和氧化铝、氧化锆涂层在碳纤维／环氧基复合材料中的应用。对所制多孔膜（氧化锆、钇稳定氧化锆和氧化铝-氧化锆）的物相组成、热稳定性、微观结构以及孔性能进行了表征；分析了涂层对复合材料的界面性能、力学性能和耐热性能的影响。全文的主要内容如下： 采用硬脂酸溶胶凝胶法制备了氧化锆（ZrO2）、钇稳定氧化锆（YSZ）纳米晶，对反应历程、不同温度下ZrO2、YSZ的物相组成和晶粒粒径进行分析。考察超细氧化锆粉体在水相中的分散行为，得到较适宜的分散条件，并采用固态粒子烧结法制备了管式担载YSZ膜。所制的YSZ膜最可几孔直径为87nm，孔径主要集中在20～100nm。 首次以氧氯化锆（及硝酸钇）为原料采用离子交换法制备了稳定的氢氧化锆（及YSZ）溶胶，并在管式支撑体上获得了完整、无缺陷的YSZ膜。氮气吸附实验表明，700℃热处理后YSZ膜的最可几孔径小于3nm，经900℃热处理后其最可几孔径增大为3.8nm。通过差热分析（DTA）、傅立叶红外光谱（FT-IR）和X射线粉末衍射（XRD）研究发现，此方法得到的氧化锆膜400℃～600℃之间晶型为四方相，700℃时开始有少量的单斜相氧化锆出现，到900℃时已全部转变成单斜相。3mol％的Y2O3稳定的YSZ膜到900℃时仍为四方相。 以异丙醇铝和氧氯化锆为原料，用溶胶-凝胶法在氧化铝管式支撑体和中空纤维支撑体上成功地制备了无缺陷的Al2O3／ZrO2复合膜。详细研究了Al2O3／ZrO2的摩尔比对复合膜晶化温度、晶形及孔结构的影响。结果表明，由Al2O3和ZrO2制成的复合膜的热稳定性比单一氧化铝或氧化锆膜的热稳定性有显著的提高。在Al2O3／ZrO2的摩尔比大于0.1小于等于1的范围内，1100℃之前复合膜只以t-ZrO2存在，1200℃时复合膜的主晶相为t-ZrO2，并出现少量的m-ZrO2或m-ZrO2和α-Al2O3相。氮气吸附结果显示，配比不同的各复合膜经700℃烧结后，其最可几孔径集中分布在4～5nm之间。但随着氧化锆比例的增大，复合膜的比表面积、孔体积即孔隙率呈明显下降的趋势。发现Al2O3／ZrO2的摩尔比为1的复合膜，当热处理温度由700℃升高1100℃时，其最可几孔径保持在4.3nm左右，而复合膜的比表面积和孔体积相应地下降。但复合膜孔结构的热稳定性要好于本论文中制备和文献报道YSZ膜。气体渗透实验表明，所制的复合膜具有一定的气体选择性。但随着氧化锆比例的增大，复合膜的比表面积、孔体积即孔隙率呈明显下降的趋势。发现Al2O3／ZrO2的摩尔比为1的复合膜，当热处理温度由700℃升高1100目录博士论文℃时，其最可几孔径保持在4.3lun左右，而复合膜的比表面积和孔体积相应地下降。但复合膜孔结构的热稳定性要好于本论文中制备和文献报道YSZ膜。气体渗透实验表明，所制的复合膜具有一定的气体选择性。 采用溶胶一凝胶法在碳纤维的表面制备了均匀的A12O3、YSZ涂层。力学性能分析表明:AbO3涂层后碳纤维/环氧基复合材料的层间剪切强度相对于未涂层碳纤维/环氧基复合材料的层间剪切强度提高17.7%;YSZ涂层碳纤维/环氧基复合材料的层间剪切强度提高了近52.0%，并且拉伸强度和弯曲强度均稍有提高。热重分析表明，碳纤维表面的A120:或YSZ涂层在350℃一700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率。