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埃尔派知识课堂:碳纤维高温抗氧化性能差,涂层改性了解一下

2021-02-27
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作者:埃尔派
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碳纤维表面涂层改性是指在碳纤维表面制备涂层,依靠涂层材料的高温稳定性和抗氧化性阻止纤维表面与外界含氧气氛直接接触,从而达到提高碳纤维高温抗氧化性的目的,目前常用于碳纤维的表面涂层主要有陶瓷涂层、金属涂层、玻璃涂层、复合涂层等。...

碳纤维表面涂层改性是指在碳纤维表面制备涂层,依靠涂层材料的高温稳定性和抗氧化性阻止纤维表面与外界含氧气氛直接接触,从而达到提高碳纤维高温抗氧化性的目的,目前常用于碳纤维的表面涂层主要有陶瓷涂层、金属涂层、玻璃涂层、复合涂层等。

陶瓷涂层

陶瓷涂层具有良好的高温稳定性和耐腐蚀性,且具备高强度等优势,是迄今为止研究最多、最深入的涂层体系。常见陶瓷涂层主要有:碳化物、氮化物、氧化物涂层等。由于碳与碳化物的界面化学稳定性高,碳化物涂层常被作为碳纤维高温抗氧化保护涂层的首选之一。此外,目前较为常见的氮化物涂层有氮化硼、氮化硅、氮化铝等,常见的氧化物涂层有二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、二氧化锆等。

金属涂层

金属涂层熔点较高,能够有效改善碳纤维的高温抗氧化性,而在改善碳纤维与金属铝的润湿性方面镍涂层有着显著效果。除作为高温抗氧化材料外,金属涂层还是良好的磁性物质,可与碳纤维结合形成同轴结构材料和具有电磁双重吸收机制的吸波材料,在提高吸波性能方面具有传统单一吸波材料无法比拟的优势。

玻璃涂层

玻璃涂层是早期研发的一种高温抗氧化涂层,玻璃涂层的种类由最初的氧化硼玻璃逐步发展到硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、以及复合玻璃涂层体系。玻璃涂层的工艺较简单,原料容易获取,制备成本低,但单一的玻璃涂层在温度超过600~1100℃后流动性很大且容易挥发,大大降低涂层的使用寿命。

复合涂层

复合涂层是将几种单一涂层进行合理复合化以形成多相复合涂层体系,从而通过各涂层之间的优势互补实现碳纤维高温抗氧化的多重保护作用。常见的复合涂层有氧化铝-二氧化锆、氧化铝-二氧化钛、铜-二氧化锆涂层等。

高温抗氧化涂层材料至少应该满足以下要求:不与碳纤维发生化学反应,与碳纤维之间有良好的物理相容性和化学相容性。其需具备高熔点、低饱和蒸汽压、低氧气渗透率等特点,不能对氧化反应有催化效应。此外,还要求高温抗氧化涂层材料的致密性尽可能高,具备高温自愈合能力,能够在高温下形成流动的玻璃相,进一步填充基体表面及内部的裂纹、孔隙等缺陷,提高碳纤维的高温抗氧化性。

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