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高温抗氧化复合材料及其热防护涂层的制备与性能研究
高温抗氧化复合材料及其热防护涂层的制备与性能研究
摘要：高温抗氧化复合材料是一种能够在高温环境下保持性能稳定性和延长使用寿命的材料。为了更好地应对高温环境的挑战，本研究在纤维增强复合材料的基础上，采用不同的金属氧化物作为填充材料，制备出了一系列具有高温抗氧化性能的复合材料构型。进一步地，本研究还开展了热防护涂层的制备及性能测试，以探究热防护涂层对高温抗氧化复合材料性能的影响。
关键词：高温抗氧化、复合材料、热防护涂层、性能测试
1.研究背景
在工程应用中，高温环境下的材料失效是工程师们一直面临的挑战。而复合材料作为一种新型材料，由于其优异的物理、化学性能，逐渐成为高温环境下的重要材料。然而，在长时间的高温环境下，复合材料还是难以避免出现严重的质量损失，这包括失效、撕裂变形、断裂等问题。为了更好地应对高温环境的挑战，开展高温抗氧化复合材料的制备、性能评估及热防护涂层的研究具有重要意义。
2.实验方法
2.1复合材料制备
选取高强碳纤维作为增强材料，并采用不同的金属氧化物作为填料材料，采用层压工艺，制备出多种构型的高温抗氧化复合材料。具体制备流程如下：首先在平板上铺设多层预浸料，然后放置增强材料，用层压机预压后再进行热压。最后，经过高温固化和剪切等后续处理步骤，制得高温抗氧化复合材料。
2.2热防护涂层制备
采用溶胶-凝胶法制备热防护涂层。具体制备过程如下：首先在聚丙烯酰胺（PAM）溶液中加入硅酸四乙酯（TEOS），形成溶胶。然后加入氨水调节pH值，促进凝胶形成。凝胶形成后，经过干燥、高温烧结和冷却等多个工序，最终制得热防护涂层。
2.3性能测试
使用热重分析仪、扫描电子显微镜及拉伸试验机等设备，测定制备的高温抗氧化复合材料的热重分析曲线、表面形貌和力学性能。同时，采用高温氧化腐蚀试验，评估不同构型高温抗氧化复合材料的抗氧化能力。对热防护涂层的抗温度、抗氧化和耐热性能进行测试，以评估涂层在高温环境下的保护能力。
3.实验结果与分析
3.1复合材料性能测试
通过分析不同构型的高温抗氧化复合材料的热重分析曲线，发现填充不同金属氧化物所制备出来的复合材料，其热分解过程存在差异。对比试验发现，填充二氧化钛（TiO2）和氧化铝（Al2O3）得到的复合材料表现出较好的热稳定性，而填充硅酸钙（CaSiO3）的复合材料则表现出较差的热稳定性，失效温度略低。此外，在高温氧化腐蚀试验中，填充TiO2和Al2O3的复合材料表现出较好的抗氧化性能。
3.2热防护涂层性能测试
热防护涂层的测试结果表明，采用本研究所制备的涂层可以有效地提高高温抗氧化复合材料的耐热性能和抗氧化能力。其中，在650°C高温氧化腐蚀试验中，使用热防护涂层的复合材料相较于未涂层的复合材料，其失效时间延长了将近2倍。
4.结论与展望
本研究采用不同金属氧化物作为填料材料，制备了一系列具有高温抗氧化性能的复合材料构型。同时，本研究还制备了一种热防护涂层，通过测试，显示涂层对高温抗氧化复合材料性能有良好的保护效果。未来，可以继续探究不同种类和浓度的金属氧化物对复合材料性能的影响，以寻找更好的氧化剂填料材料，并优化涂层制备工艺，提高涂层的性能稳定性。