【摘要】：樹(shù)脂基耐燒蝕材料是一種依靠聚合物發(fā)生熱氧化裂解造成質(zhì)量損失的同時(shí)吸收熱量來(lái)滿足熱防護(hù)要求的耐燒蝕材料。硼酚醛樹(shù)脂(BPFR)因其高殘?zhí)柯屎偷蜔g速率,成為優(yōu)良的耐燒蝕復(fù)合材料基體。隨著航空航天等領(lǐng)域飛速發(fā)展,耐燒蝕材料的使用溫度上限越來(lái)越高,對(duì)BPFR的耐熱改性顯得非常迫切。目前的改性研究主要集中在提高BPFR基復(fù)合材料有機(jī)結(jié)構(gòu)的熱分解溫度,但是BPFR有機(jī)結(jié)構(gòu)的耐熱溫度有限,未能形成實(shí)質(zhì)性的突破。本研究創(chuàng)新性地選擇B2O3和B4C作為增強(qiáng)相來(lái)保護(hù)BPFR熱裂解形成的無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)提高其耐燒蝕溫度,分溫度段提高BPFR基復(fù)合材料的溫度穩(wěn)定性和力學(xué)性能,并通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和X射線衍射(XRD)表征材料微觀結(jié)構(gòu)隨溫度變化的關(guān)系,深入分析材料在各個(gè)溫度段的熱裂解機(jī)理和B2O3、B4C改性的微觀機(jī)制。研究結(jié)果表明BPFR熱裂解后力學(xué)性能劣化嚴(yán)重,經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后的抗彎強(qiáng)度僅為3.1MPa、4.3MPa、1.9MPa;添加B2O3的改性效果主要體現(xiàn)在600℃~800℃,當(dāng)B2O3含量為40wt.%時(shí),其力學(xué)性能最佳,經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后,抗彎強(qiáng)度分別為14.7MPa、15.7MPa、8.0MPa;添加B4C的改性效果主要體現(xiàn)在800℃及以上,B4C含量為20wt.%時(shí)其力學(xué)性能最佳,經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后,其抗彎強(qiáng)度分別為7.9MPa、30.1MPa、24.4MPa。選擇B2O3和B4C共同添加,含量均為10wt.%,經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后抗彎強(qiáng)度分別為15.8MPa、33.1MPa、33.2MPa,每個(gè)溫度下與純BPFR相比都有較大改善,表明B2O3和B4C可以分溫度段提高BPFR的高溫穩(wěn)定性和力學(xué)性能。BPFR/B2O3/B4C復(fù)合材料經(jīng)熱處理后的抗彎強(qiáng)度一直處于較高水平,本研究發(fā)現(xiàn)在600~800℃溫度區(qū)間主要是熔融B2O3填補(bǔ)樹(shù)脂基體裂解形成的孔洞和裂紋,并包裹部分活性基團(tuán),增強(qiáng)了其力學(xué)性能和抗氧化能力;當(dāng)溫度在800℃及以上時(shí),B2O3流失嚴(yán)重,其改性效果不明顯,此時(shí)B4C一方面在材料表層氧化生成B2O3,形成保護(hù)層,阻止氧氣進(jìn)入材料內(nèi)部,另一方面在材料內(nèi)部與熱裂解形成的無(wú)定形炭形成較為致密的整體,起到顆粒增強(qiáng)的作用,提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
【圖文】：

圖 1-1 樹(shù)脂基防熱復(fù)合材料的燒蝕模型-1 Ablation model of resin based heat-resistant com蝕材料是一類重要的的高性能高溫材料，其結(jié)燒蝕，燒蝕機(jī)理如圖 1-1 所示[5]。在溫度升高的

然后與硼酸發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成硼酚醛樹(shù)脂。該方法與硼酸酯法相比有更好的可控性，能快速生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的硼酚醛樹(shù)脂，所以該方法被廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)硼酚醛樹(shù)脂產(chǎn)品。這兩種方法基本反應(yīng)過(guò)程如圖1-2和圖1-3所示。（3）有機(jī)硼化物改性酚醛樹(shù)脂制備BPFR，，包括硼硅氧烷化合物（BSi）[11]、雙（苯并-1,3,2-二惡硼烷基）氧化物[12,13]、雙（4,4,5,5-四甲基-1
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2575326