碳/碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳/碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能,用化学气相沉积(CVD)法制备了T300碳纤维增强热解碳的单向碳/碳复合材料,并用特殊设计的设备测定了该材料在2000℃,2100℃高温下的断裂寿命,结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳/碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

添加树脂碳对针刺C/C-SiC材料熔渗行为及性能的影响

以2.5D无纬布/网胎叠层针刺预制体为增强体，采用化学气相渗透和树脂浸渍裂解法制备了密度约1.35 g/cm³的热解碳C/C、热解碳+树脂碳C/C两种坯体，再经反应熔渗获得C/C-SiC复合材料，分析了不同碳基体组分C/C材料的熔渗特性及其微结构、拉伸性能及氧乙炔烧蚀性能的变化规律。结果表明：相比热解碳的“薄壳”型孔隙结构，树脂碳的“狭缝”型孔结构增大了液Si与碳基体的接触面积，提高了熔渗动力，获得致密度和SiC含量高的C/C-SiC复合材料，提升抗烧蚀性能，在氧乙炔火焰下经400～600 s烧蚀的线烧蚀率降低24%,但树脂碳对液Si的诱导渗透增加了骨架承载体的损伤，使树脂碳+热解碳基C/C-SiC复合材料室温拉伸强度(104±3)MPa低于热解碳基C/C-SiC的(118±3)MPa。     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

碳／碳复合材料的特殊性与复杂性

碳/碳复合材料(CFRC)不论在其组分材料和制作工艺上,还是在结构与性能上,都存在很多特殊性与复杂性,这使得现有纤维增强复合材料的有关理论不能完满解释它的一些现象,不能全面表征它的有关性能.本文介绍了这些特殊性与复杂性,明确了进一步深入研究 CFRC 的方向.     

高压浸渍碳/碳复合材料

碳/碳复合材料是用浸渍法或者 CVD(化学气相沉积)法在碳纤维成形体的孔隙中充填基体材料以提高密度而制成的,所以碳纤维和基体材料对它的性能有很大影响.充填基体材料和提高密度,一般是先在真空或者高压釜中浸渍,然后采用 CVD 法进行.浸渍在初始阶段效率很高,但经反复浸渍后,气孔变小了,浸渍的效率便下降了.所以在最后阶段只能用 CVD法.可是 CVD 法沉积速度慢,为达到高密度要花很多时间.而浸渍效率直接取决于浸渍的压力.因此,在气孔变小的最后阶段,用高压浸渍法取代 CVD 法。则可得到很高的浸渍效率,从而节省时间.     

碳／碳复合材料研究,生产和使用中的若干问题

本文介绍美国碳/碳复合材料著名专家MEYER教授在北京所作学术报告的要点,涉及碳/碳复合材料研究及其结构设计、制造工艺、性能表征和评估、产品质量控制和检验等方面,对国内碳/碳材料的研制和生产有一定的参考价值.     

ZnO纳米棒/碳布多尺度增强酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

采用新颖的水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒,制备出ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体,与传统水热法相比,有效地缩短了ZnO纳米棒的生长时间。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体的结构特征、微观形貌进行表征。探索了不同电泳时间(15、30、45、60min)对碳布增强复合材料的湿式摩擦性能和拉伸性能的影响规律。结果表明,ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体有效提高了复合材料的摩擦磨损性能和拉伸性能,归因于多尺度增强体与树脂基体之间形成良好的界面结合。当电泳30min时,复合材料表现出最高且稳定的摩擦系数,与原始碳布复合材料相比磨损率降低了55.40%。复合材料的拉伸强度为133.74MPa,与原始复合材料相比提高了30.10%。因此,水热电泳法在制备碳布多尺度增强的复合材料方面具有广阔的应用前景。     

碳／碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳／碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能，用化学气相沉积法制备了Ｔ３００碳纤维增强热解碳的单向碳／碳复合材料，并用特殊设计的设备测定了该材料在２０００℃，２１００℃高温下的断裂寿命，结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳／碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

碳／碳复合材料液相浸渍—碳化致密规律研究

根据试验结果，对沥青常压浸渍－碳化和高压浸渍－碳化这两种制作碳／碳复合材料的工艺进行了比较，指出高压浸渍－碳化是一种更有效的致密工艺。在碳／碳复合材料的致密化过程中，制件密度随工艺循环次数的增加而增加，经过四次充填后，密度增加已很小。     

空间高稳定碳/碳蜂窝夹层结构制备及性能

针对空间高稳定结构在极端环境下的灵敏度和稳定性需求，提出一种新型高稳定、高承载的轻质碳/碳(C/C)蜂窝夹层结构方案。碳/碳蜂窝夹层结构由化学气相渗透(CVI)致密化获得的整体碳/碳蜂窝和面板经胶粘剂粘接集成，通过评价蜂窝、面板以及夹层结构的内部质量、力学性能及热物理性能，展示了碳/碳蜂窝夹层结构在承载和尺度稳定性方面的优势。研究结果表明,典型特征碳/碳蜂窝承载性能稳定，平压强度＞10 MPa，L/W向剪切强度＞4 MPa，典型特征碳/碳蜂窝夹层结构热膨胀系数低，满足空间环境条件下面内热膨胀系数绝对值低于 1×10 -7 /℃的高稳定设计需求。     

碳—碳复合材料的现状及趋势

介绍了碳－碳复合材料的发展概况、性能、特点，及在航空、航天工业和其他领域中的应用情况；给出了典型的二维（或三维）碳－碳复合材料的工艺流程图。     

碳/环氧复合材料两次表面镜基板研制

文章介绍了碳/环氧复合材料两次表面镜基板的结构与铺层、选材与成型工艺,性能测试等内容。     

碳/碳材料体积烧蚀实验研究

通过实验手段研究了体积烧蚀在材料内部造成的微结构演变情况。给出了材料微结构沿烧蚀轴线方向的分布规律。研究了体积烧蚀对碳／碳材料烧蚀性能的影响。结果表明：服役条件下碳／碳材料发生体积烧蚀会使材料内部的密度、石墨化程度等发生变化，这些微结构变化对材料整体烧蚀性能的影响存在复杂的耦合效应。体积烧蚀对碳／碳材料整体烧蚀性能的影响并不总是消极的，在一定条件下反而有利于材料烧蚀性能的提高。通过本文的研究能够有效的提高碳／碳材料的烧蚀性能理论预测的精度。     

碳－碳复合材料的现状及趋势

介绍了碳一碳复合材料的发展概况、性能、特点，及在航空、航天工业和其他领域中的应用情况；给出了典型的二维（或三维）碳－碳复合材料的工艺流程图。     

纳米碳/铝复合材料的制备、界面改性与增强机制研究进展

以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料，但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题，介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的制备技术，从表面化学改性、涂层及纳米粒子修饰方面总结了纳米碳表面处理与增强铝基复合材料的研究现状。基于纳米碳/铝的界面结合机制，综述了表面改性前后反应和扩散型界面的形成过程及它们与机械锚结型界面对载荷传递的影响、改善途径；分析了纳米碳/铝复合材料研究中涉及的主要增强机制、影响因素和增强效果，并展望了提升该复合材料结构与功能性能的研究重点。     

多向编织碳／碳复合材料力学行为研究

本文综述了作者近十年来在多向编织碳／碳复合材料力学性能研究方面的成果，包括力学模型与强度准则、热应力分析、断裂行为、性能预报与优化设计、超高温试验技术及组织性能与高温退化等内容，并分析了其存在的新问题和解决途径。     

单向碳／碳复合材料的蠕变内应力

用应力降落法测定单向ＰＡＮ基碳纤维Ｔ３００增加热碳基复合材料在１９００－２３５０℃蠕变内应力σ０，结果及分析表明，对单向Ｃ／Ｃ复合材料，σ０不是一个材料常数，而是温度Ｔ、初始力σｓ及结构因子Ｓ的函数，即σ０＝σ０（ｔ，σｓ，Ｓ）。     

C/C-ZrC-Cu复合材料的微观结构与抗烧蚀性能

采用低温反应熔渗工艺,以Zr_2Cu合金为熔渗金属,在密度为(1.25±0.05) g/cm~3的毡基C/C复合材料中引入ZrC+Cu组分,以提高其抗氧化烧蚀性能。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM),分析C/C-ZrC-Cu复合材料的相组成与微观结构,在氧-乙炔环境下考核材料的抗烧蚀性能。结果表明,C/C-ZrC-Cu复合材料形成了三维网络状(热解碳+ZrC+Cu)混合基体结构,热解碳可以有效防护高温金属熔体对碳纤维造成的损伤,Zr C和Cu的引入有效改善了抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀120 s后,线烧蚀率从毡基C/C复合材料的9.0×10~(-3)mm/s降低为-1.0×10~(-3)mm/s,主要归因于材料表面形成了相对完整的ZrO_2保护层和Cu的发汗冷却作用,对应的氧化烧蚀机制主要为Zr C、C等氧化引起的热氧化烧蚀和Cu熔化、挥发等引起的热物理烧蚀。     

三向碳-碳复合材料界面结构研究

本文用透射电子显微术研究了三向碳-碳复合材料的界面结构。结果表明:在碳纤维表面微缺陷区或活性区,存在沉积碳微晶条带“钉扎”结构;在碳纤维表面光滑区,存在一定数量的界面间隙:沥青碳与沉积碳的界面存在一个沉积碳微晶条带与沥青碳石墨条带相互贯穿网络所形成的诱导结构界面相。本文分析了界面缺陷,并讨论了界面结构对纤维束断裂行为的影响。     

碳/环氧复合材料负膨胀结构性能铺层设计

文中对碳/环氧复合材料负膨胀结构铺层设计进行了研究分析。结果表明,通过改变角度层±30～±35的含量可以得到各种不同的负膨胀性能;设计时必须综合考虑各种不同性能之间的相关性。