炭纤维表面过渡金属碳化物涂层的熔盐法制备、表征及其形成机理研究

以NaCl-KCl或LiCl-KCl的二元盐为基盐，向其中加入一定量的KF或KF与K2TiF6或K2TaF7的混合盐组成熔盐反应介质，以钛粉或钽粉或铪粉为金属源，以具有不同晶体结构的聚丙烯腈基和沥青基炭纤维以及石墨纤维为反应性碳源，在一定温度下于熔盐液相体系中在炭纤维表面反应形成TiC或TaC或HfC涂层。系统地研究炭纤维碳源与所形成的涂层在形貌和结构上的相互关系；探讨在熔盐中反应合成TiC、TaC和HfC涂层的主要影响因素，优化工艺条件；通过对碳化物涂层炭纤维的形貌、微观结构、化学组成以及物理化学性能的表征与熔盐组成、炭纤维微观结构与形貌以及合成工艺参数之间进行关联来阐明碳化物涂层在熔盐中的形成机理，以期实现对TiC、TaC和HfC涂层炭纤维质量的控制。

将炭纤维和炭纳米管作为增强体与金属基体复合以制备出具有特殊性能的金属基复合材料的研究正受到越来越多的关注。而要发挥炭纤维和炭纳米管优异的力学和物理性能，必须解决增强体与金属基体间存在一系列界面问题。大量研究表明：采用过渡金属碳化物涂层炭纤维和炭纳米管作为复合材料的增强体是解决该问题的一种有效的方法。为了克服传统的过渡金属碳化物涂层制备工艺存在的不足，本项目采用熔盐反应法，以炭纤维和炭纳米管为碳源，以Ti、Ta和Hf粉为金属源，在炭纤维和炭纳米管表面反应合成了TiC、TaC和HfC涂层。主要考察了熔盐组成、碳源晶体结构、熔盐与反应物质量比、反应温度、保温时间、金属源和碳的摩尔比、熔盐中KF的含量等工艺参数对炭纤维和炭纳米管表面形成的TiC、TaC和HfC涂层形貌和结构的影响，采用XRD、SEM、TEM、TGA等分析手段对产物的物相组成、微观结构、抗氧化性、力学性能和润湿性能进行了分析和测试，优化了涂层制备工艺，阐明了TiC、TaC和HfC涂层结构和形态的控制因素以及形成机理。此外，本项目还以Zr粉为金属源，在炭纤维表面反应合成了ZrC/Zr复合涂层，并对涂层炭纤维的力学性能和抗氧化性能进行了测试；通过控制氧化TiC涂覆的MWCNTs获得了具有较好可见光催化活性的TiO2/MWCNTs复合光催化剂；探索了在熔盐介质中以多壁碳纳米管、炭灯黑、热裂炭黑、热解炭黑等为碳源合成TiC纳米线的可能性，揭示了熔盐介质中TiC纳米线的形成机制。本项目已按计划书要求完成所有研究任务，截止2013年2月，已发表期刊论文7篇，会议论文2篇，其中SCI收录文章4篇，授权发明专利1项，另有3篇论文正准备或已经投往SCI检索的期刊，培养博士生2名，硕士生4名。