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随着科学技术尤其是航空、航天、军事等高尖端科学技术的突飞猛进,人们对材料的性能提出了越来越高的要求,但传统单相材料在许多应用方面已不能满足实际需求,纳米复合材料因其所具有的独特性质备受关注。而纳米氮化铝(AIN)因具有高热导率、高电绝缘性、高介质击穿强度、高强度、高硬度、低热膨胀系数、无毒以及良好的化学稳定性和耐腐蚀性等优异的化学、物理性能被作为添加剂广泛应用于高级陶瓷、复合材料、合金等领域已是不争的事实。从而,使得纳米AIN被应用到C/C复合泡沫材料中成为可能。
本文提出了将物理改性和化学改性统一应用到纳米复合材料制备中的设计思想。一方面通过改进制备工艺(即将两种碳泡沫结构特点结合)达到了碳复合泡沫微观结构的“改形”,即物理改性;另一方面在先驱体中填充一定量的非碳物质——纳米AIN,实现了碳复合泡沫材料中韧带的“改性”,即化学改性。
本论文的主要研究工作分为三个部分:第一部分是先驱体热固性酚醛树脂、酚醛树脂微球、无定型纳米AIN的制备。第二部分是实验样品的制备。第三部分是样品的测试、表征与分析。
扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,在热处理工艺I的基础上改进的热处理工艺Ⅱ,更易于使韧带掺杂的纳米AIN经过退火再结晶形成直径在50nm左右、长度大约十几微米、生长方向随机,布满碳微球表面的AIN纳米线,不仅成为构成韧带网络的一部分,同时也强化了原有的韧带网络。X射线衍射图谱(XRD)表明纳米AIN催化了无定型碳的石墨化,热处理工艺Ⅱ更提高了无定型纳米AIN重新结晶的结晶度。光致发光(PL)谱测试显示,在400nm-800nm的波长范围内主要有三个发光峰(带),其中,在近紫光区域41Onm附近出现了本征发光峰;在630nm-680nm之间有较强的发光带;而在近红外区有杂质发光峰。不同温度下的PL谱显示随温度的升高本征发光峰发生了明显的红移,而发光带和杂质发光峰都未见红移或蓝移现象。对比实验发现,加入纳米AIN对C/C复合泡沫光致发光谱在整个可见光波段有明显的影响。最后,通过对热处理工艺不同阶段的分析解释了机理。