微球型AlN/C复合泡沫材料制备工艺的优化及其电学性能测试

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随着科学技术的进步,自然资源的破坏减少以及人们环保意识的增强,尤其是在许多特殊领域.黾,复合材料的开发与研究越来越受到人们的关注。碳泡沫材料因为其耐腐蚀、耐侵蚀、密度小、抗氧化、隔热性能好等在航空航天、军事、电子和冶金化工等方而普遍应用。但是碳泡沫在碳化石墨化过程中容易吸附空气中的氧气,在温度高]二500℃开始氧化,使它的机械性能和使用寿命有很大的降低。而纳米氮化铝(AIN)不仅抗辐射、耐高温、电阻率高、与碳泡沫热膨胀系数接近,而且当其和碳泡沫材料复合时可在两者界面上形成C-N和C-AI键,从而使AIN成为碳泡沫增强体成为可能。  本论文提出碳泡沫微球型和网络型相结合的理念,成功制备出以酚醛树脂为前驱体, AIN纳米线为增强体(韧带网络)的微球型AIN/C复合泡沫材料。针对材料的制备工艺,对影响材料性能的前驱体的粘度系数和固体含龟进行交叉分析,得出前驱体酚醛树脂的最佳制备工艺。研究结果表明酚醛树脂的最佳制各工艺为反应时间3.Oh、反应温度363K(90℃)、 pH为11,通过此工艺得到树脂的固体含量高达82.8%,对应的粘度系数为1520 mPa.s:同样对酚醛树脂微球粒径的影响因素进行分析,待出影响微球粒径主要因素。通过保持反应体系中的正硅酸乙酯量不变,改变酚醛树脂用量(浓度越大,粒径越大),得到不同粒径的酚醛树脂微球。最后以最佳制备工艺制备出AIN/C复合泡沫材料并且对样品进行测试。SEM测试结果表明,最佳制备工艺制备出的样品整体是由韧带网络紧密连接的粒径基本一致、壁厚相同且空腔内壁光滑的空心碳微球组成。且在微球表面形成贯穿材料的连通结构AIN网络韧带。微球表面分布着均匀且生长方向随机的AIN晶须,直径大约为50nm左右,长度大于lOum。四点探针法得出随着碳化温度的升高,碳泡沫的电阻率越小,导电能力越强。在相同的碳化温度和退火温度下, AIN/C复合泡沫材料的导电性能比碳泡沫更优越。改变退火温度,发现AIN/C复合泡沫材料电阻率随着退火温度的升高而电阻率有所下降。
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