隨著可重復使用軌道飛行器的飛行速度不斷加快,其對熱防護材料提出的要求也日益嚴格,在這一背景下,輕質防隔熱復合材料應運而生,它結合了隔熱層輕質、氣孔率高、熱導率低和防熱層耐溫高、抗燒蝕性能好、抗氧化性能好的優(yōu)勢,實現(xiàn)了防隔熱一體化。本文進行了多孔隔熱層和致密防熱層的組分優(yōu)選、工藝優(yōu)化和性能評價,提出了一種新型輕質防隔熱復合材料的制備方法,為未來熱防護系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供數(shù)據(jù)支撐。針對隔熱層,優(yōu)選了針刺碳纖維編織體作為隔熱基體,并在編織體碳纖維表面制備了C/SiO₂復合涂層以解決其抗氧化性能差的問題,其中SiO₂涂層具有優(yōu)異的抗氧化性能和較低的熱導率,不僅可以在高溫有氧環(huán)境中抑制碳纖維的氧化,還能降低隔熱層的熱導率,而C涂層則能夠防止碳纖維和SiO₂涂層在高溫下發(fā)生碳熱還原反應。本文探究了葡萄糖溶液質量分數(shù)、水熱反應溫度和水熱反應時間對C涂層微觀組織結構的影響,并據(jù)此優(yōu)選了工藝參數(shù),在碳纖維表面制備了C涂層,在此基礎上,探究了TEOS質量分數(shù)、水/乙醇摩爾比和溶膠-凝膠時間對SiO₂涂層微觀組織結構的影響... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

C涂層工藝在不同基材表面的應用[6]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文3圖1-1C涂層工藝在不同基材表面的應用[6]Kaae[7]選擇丙烯（C2H6）和氦氣的混合物作為沉積C涂層的反應物，研究了熱解碳沉積的原理，探究了隨著熱解碳沉積條件的變化，0.1-1.0μm直徑的孔隙分布、密度和生長特征形狀和晶型排列等的變化。研究結果顯示，孔隙分布的變化是由兩種沉積成分的相對濃度控制的，密度是由平面碳氫分子與碳表面反應概率的變化控制的。此外還發(fā)現(xiàn)，在沉積的近各向同性熱解碳中存在小生長錐，這說明熱解碳是由固體顆粒和分子組合沉積而成的，并且觀察到的生長特征形狀和生長特征間孔隙度的變化也符合這一機理。Digilov等[8]則借助CO2激光，通過析出C4H10和H2氣相混合物并促進其發(fā)生分解反應，在加熱的碳纖維表面沉積C涂層，實驗裝置如圖1-2所示，這是一種在連續(xù)運動的碳纖維表面沉積C涂層的新方法。實驗結果表明，在碳纖維表面制備C涂層能夠顯著提高其斷裂強度。圖1-2碳纖維表面沉積C涂層的實驗裝置圖[8]Ouyang等[9]采用等溫化學蒸汽滲透(ICVI)法在碳纖維表面制備了C涂層，并

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文5（納米和微米）水熱C涂層。圖1-3通過水熱法在碳纖維表面制備C涂層的流程示意圖[20]宋俊濤[21]以葡萄糖作為碳源，通過簡單的水熱碳化工藝在碳纖維編織體中的碳纖維表面制備了C涂層，探究了各種反應參數(shù)對水熱C涂層組織結構的影響，并且發(fā)現(xiàn)了通過改變糖液質量分數(shù)則可以調控碳纖維表面C涂層的厚度。Song[22]還發(fā)現(xiàn)在碳纖維編織體中的碳纖維表面制備水熱碳化涂層后，通過可控碳質涂層和強度很高的碳纖維的有效結合，能夠在水中吸附多種污染物。并且，經(jīng)過800°C熱處理后，含有表面C涂層碳纖維編織體為一種疏水材料，這使其能夠從水中吸收油污染物。1.2.2碳纖維表面SiO2涂層研究現(xiàn)狀李坤等[23]通過溶膠-凝膠法在碳纖維表面制備SiO2涂層，研究結果表明，溶膠的粘度會對碳纖維表面SiO2涂層的結構及性能產(chǎn)生較大影響，溶膠的粘度過低會導致SiO2涂層不能均勻且完整的包覆碳纖維；相反如果溶膠的粘度過高，碳纖維表面SiO2涂層的厚度又會過厚，而過厚的涂層極易開裂，并且溶膠粘度過高也會導致溶膠不穩(wěn)定、極易凝膠化。李華等[24]探究了催化劑了對SiO2溶膠-凝膠化時間的影響，研究結果顯示，稀鹽酸作為催化劑加入到反應原料中，可以促進正硅酸乙酯(TEOS)的水解；而稀氨水作為催化劑參與反應進程時，則能夠促進水解后溶膠的縮聚過程。高秀霞等[25]則研究了pH值對溶膠-凝膠過程的影響，實驗結果表明，pH值對樣品凝膠時間的影響很大，pH值過小會導致樣品不發(fā)生凝膠，而pH值過大時則容易生成SiO2沉淀從而無法獲得凝膠產(chǎn)物。Lu等[26]為了優(yōu)化調控水泥基體中碳纖維的界面結構和性能，首先利用硝酸和KH550對碳纖維進行表面處理，在通過正硅酸乙酯的水解、縮合和聚合過程，在碳纖維表面制備了一層厚度較薄的SiO2涂層。實驗結?


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