碳化物/硼酚醛复合材料制备与性能研究方案设计开题报告

全文总字数：4819字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着航天技术的发展，航天飞行器飞行速度不断提高，飞行器的热防护问题成为限制飞行器发展的关键之一^[1]，因此，近年来国内外研究学者大力开展热防护材料的相关研究。热防护材料按基体不同，一般可分为金属基、树脂基与陶瓷基防热材料。纤维增强树脂基复合材料是使用最为广泛的一类烧蚀型热防护材料，具有密度低、比强度高、耐高温性能优良等优点，且其生产工艺便捷、生产周期短、成本相对较低。然而，相对于陶瓷基和金属基复合材料，纤维增强树脂基烧蚀材料在超高热流烧蚀条件下的烧蚀量更大，无法满足飞行器长时耐高温使用要求。

可瓷化聚合物基复合材料是一种添加矿物增强、用于耐高温及阻燃的新型聚合物基复合材料。在常温下，复合材料可以保持聚合物材料的基本特性；在高温下，矿物可以转变为具有一定力学性能的陶瓷结构，抑制聚合物裂解产物挥发、剥落，并在表面形成一层“保护膜”保护内部材料，起到阻燃和高温防热作用。陶瓷化聚合物基复合材料在低温环境下其基体发生氧化分解作用产生质量损耗，随着温度的升高，复合材料中填料发生一系列复杂的化学反应，在材料表层生成一层陶瓷层。复合材料由外向内形成陶瓷层-炭化层-热解层-原始材料层的层状结构，并且生成的陶瓷层隔绝外部热氧进入材料内部。在高温环境下，复合材料内部几乎不再产生热解反应，陶瓷层及内部形成的“桥架”结构对材料有支撑作用，因此材料具有一定的力学强度，因而能够在高温环境下长时间稳定工作，而不像普通的热防护材料只具备瞬时耐高温性能^[2]。

目前，国内外研究者对陶瓷化聚合物基复合材料已经做了大量研究工作。zahraamirsardari等^[3]在碳纤维/酚醛树脂复合材料中加入填料纳米zrb₂粒子。实验表明,高温下zrb₂颗粒使得复合材料中形成了zro₂和b₂o₃，显著提高了复合材料的烧蚀性能和绝缘性能。范珊珊等^[4]以硼酚醛树脂(bpf)为基体,以纳米 mgo、 al₂o₃ 和 sio₂(mas)为成瓷填料,添加 b₂o₃、 bi₂o₃ 或玻璃料等助熔剂,采用模压成型工艺制备了具有良好的高温结构稳定性的mgo-al₂o₃sio₂/硼酚醛(mas/bpf)陶瓷化复合材料。丁杰^[5]通过层压成型制备 zrsi₂云母粉改性碳/酚醛复合材料，并对固体颗粒改性后的树脂与复合材料进行了详细的工艺与性能研究。研究表明高温下 zrsi₂ 颗粒会与酚醛树脂裂解放出的气体co、co₂、h₂o 发生反应生成 zro₂、sio₂和c，裂解气体产物的重新被吸收生成相应的固相产物，提高了酚醛树脂的热裂解反应的活化能与高温残碳率和改性酚醛树脂裂解产物的结构完整性。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

对酚醛树脂复合材料及可陶瓷化酚醛树脂复合材料的制备方法、结构与性能、陶瓷化机理等进行充分的调研总结，重点掌握复合材料制备方法和性能研究分析方法，了解各组分对复合材料结构与性能的影响规律，弄清楚可陶瓷化酚醛树脂复合材料的高温陶瓷化机理，获得碳化物/硼酚醛复合材料制备与性能研究设计方案。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－5周：制备方法和分析方法调研。

第6－11周：复合材料性能影响因素分析及性能变化规律分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邢亚娟, 孙波, 高坤, 王振河. 航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状[j]. 宇航材料工艺, 2018, 48(04), 9-15.

[2]范珊珊. mg-al-si/bpf复合材料可陶瓷化机理研究[d].武汉理工大学,2016.

[3]zahraamirsardari , rouhollah mehdinavaz aghdam, masoud salavati-niasari, saeedshakhesi. enhanced thermal resistance of go/c/phenolic nanocomposite byintroducing zrb2 nanoparticles[j]. compositespartb: engineering,2015, 76: 174-179.