基于XRD的径向分布函数法研究碳纤维制备过程中的结构演变

采用X射线和径向分布函数研究分析了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中的结构演变。结果表明,PAN原丝中存在着与石墨类似的结构,该结构是石墨微晶结构形成的重要基础;PAN大分子链最近邻链间间距为0.688nm;碳化温度在500～1250℃范围内的碳化纤维中的第三近邻距离均大于石墨晶体的第三近邻距离,表明碳纤维中没有形成平面构型的六元环石墨烯层片;在整个碳纤维的制备过程中,纤维结构经历了长程有序-长程无序、短程有序-长程有序的演变。     

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

碳纤维在石墨化处理过程中的sp2 结构转变

利用激光拉曼光谱的方法,研究了国产PAN 基碳纤维CCF300 在石墨化过程中碳化学结构的变

化规律。通过对散射谱图进行分峰分析,根据不同振动峰的归属,提出了sp2结构转化度琢,即

IG

IG +IC

这一表征纤

维由碳纤维向石墨材料转变进程的结构参数。结果表明:随着处理温度的不断升高,纤维中的无序碳结构逐渐

减少,在1 700益之前sp3杂化向sp2杂化结构转变的速率较快;在1 700益之后,转变速率明显变慢,逐步形成了

最终石墨纤维的规整六元环结构基础。

     

碳纤维热导率与其微观结构参数的关系

碳纤维具有多晶多相特性，为了研究微晶结构特性对热导率的影响，本文通过XRD对碳纤维的微观特征结构参数的表征，对导热性能与微观特征结构的关联性进行了研究。研究结果表明，碳纤维热导率随着石墨微晶的基面宽度（L_a）、堆砌厚度（L_c）和平均堆垛层数（N）的增大而增大，随着孔隙率（V_p）的增大而降低。基于Raman图谱的分峰拟合信息，对碳纤维的石墨化度进行分析。结果显示，碳纤维的石墨化度越大，热导率越高。     

铸造碳纤维增强铝基复合材料

 用铸造法制备抗拉强度达800MPa的连续碳纤维增强铝基复合材料。将国产PAN 1碳纤维经SiC+Ni复合涂层处理后,以束状分布于铸模内,用调压铸造设备在0.75MPa的空气压力和4000Pa的真空度条件下,将铝合金液浸渗入铸模纤维内而获得C/Al复合材料。讨论了碳纤维复合涂层的作用和纤维的束状分布在浸渗动力学过程中的有利影响。     

碳纤维作宿主的FeCl3-GIC的合成与结构表征

采用混合熔融盐法成功地合成了以PAN基高模量碳纤维作宿主，FeCl3作插层剂的石墨层间化合物，采用XRD技术对其层间结构进行了表征。结果表明，所得产物内部已经形成混阶的阶结构。通过SEM和TEM观察了其形貌和结构的变化，同时利用EDS测定了各元素的相对含量。     

扫描隧道显微镜对粘胶基碳纤维表面微观结构的研究

用扫描隧道显微镜（STM）对粘胶基碳纤维（RCF）表面的微观结构进行了研究，首次获得了原子级的RCF图像，对其原子间距作了精确地量化，并且尝试着将所得到的图像与高定向降解石墨（HOPG）相比较，以期对RCF的微观结构有更深入的了解，在原子级尺度上，发现了原子排列并不规则的石墨状结构，二维视图量化结果表明：相邻原子间距为0．142nm，最近六圆环中心的距离是0．253nm。     

不同T300 级碳纤维轴棒法C/ C 复合材料的导热性能

选取两种国产T300级PAN基碳纤维,轴棒法制备4D预制体,以高温煤沥青为前驱体,采用液相浸渍-炭化以及石墨化相结合的技术制备C/C复合材料(密度≥1.95 g/cm<'3>),研究了C/C复合材料从室温(RT)到800℃的热导率及其影响因素.研究表明,在实验温度范围内C/C复合材料的热导率随温度升高而降低,由于原材料自身特性和预制体编织结构具有方向性,使C/C复合材料的导热性能表现出各向异性,径向热导率明显高于轴向;密度高、开孔率小、石墨化程度高的C/C复合材料由于晶粒间连通状态好,微晶结构趋于完整,材料的热导率增大;以低压热处理为最终处理工艺的C/C复合材料热导率略有提高;采用国产T300级与东丽,1300碳纤维制备的C/C复合材料的热导率相当.     

用作热防护材料的PAN基碳纤维织物

粘胶基碳纤维织物已广泛用作烧蚀和绝热复合材料。由于行情和利润不断下降,用连续粘胶纤维制得的碳纤维制品最终可能不易买到或限制供应。因此,围绕获得相应的PAN基碳布、测定其性能并制作布带缠绕酚醛树脂复合材料开展了研究。市场上买得到的PAN基碳布具有强度高和质量均匀等特性,但绝热性和化学纯度较差。特殊的PAN基碳布是在较低的(低于1350℃)热处理温度下获得的,并且应用于20°布带缠绕酚醛复合材料中。对这种复合材料的烧蚀、热物理、机械和化学性能的测定表明,所研制的复合材料可以代替粘胶基碳布/酚醛,但纤维与基体之间的粘结和纤维的纯度尚需进一步改善。     

碳纤维高温处理过程中石墨片层堆叠的温度效应

采用二维广角X-射线衍射法(WAXD)研究了国产聚丙烯腈基碳纤维在高温处理过程中石墨片层结构的堆叠过程,分析了温度因素对于堆叠结构的影响。实验结果表明,随着热处理温度的升高,碳纤维中的类石墨片层堆叠层数不断增加,结构趋于规整致密,并且在1 900℃后堆叠速率加快。同时,通过元素分析和Raman光谱的研究,解释了堆叠速率提高的原因,随着非碳元素的脱除和碳化学结构向SP2杂化转变,结构缺陷不断减少,有利于石墨片层的堆叠。     

超细WC-Co硬质合金的烧结

利用超细材料烧结领域的一种新技术——脉冲电流烧结技术,对用高能球磨法制备出的WC—Co亚微米-纳米粉末进行烧结。样品采用JXA-840型扫描电子显微镜(SEM)等仪器进行分析和测试,结果表明:在脉冲电流烧结后获得超细WC-Co硬质合金,与传统的WC-Co硬质合金相比,超细WC-Co硬质合金具有更高的硬度(HRA92.5～94)和耐磨性,另外,通过实验获得了最佳的烧结工艺参数。     

碳纤维复合材料与钛合金结构制孔工艺研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构钻削中存在的问题,进行了系统的工艺研究.主要从钻入侧的选取、钻削参数、制孔中存在的问题以及大直径孔加工工艺等几个方面进行试验研究,结果表明目前的钻削工艺需要改进.提出了适合实际操作的工艺方法,解决了夹层结构制孔中出现的问题,并对钻削刀具进行分析.     

电动车开关磁阻电机驱动和保护控制策略研究

传统开关磁阻电机(SRM)起动时采用电流斩波控制(CCC),中高速阶段采用角度位置控制(APC)对转速进行调节。但在电动车领域的SRM驱动控制中,通常采用基于脉宽调制(PWM)控制的方式来实现电机的开环调速。在传统SRM控制方式的基础上,提出了一种动态斩波的起动方式以及一种PWM控制与APC控制相结合的中高速运行的综合控制策略,可确保电机在不同负载下平稳起动、瞬间提速和稳定运行。与此同时,对控制器保护环节中最为关键的过流保护和堵转保护进行了设计,提升了整个驱动系统的可靠性。为了验证所提驱动控制策略和保护方法的可行性,在以STM32F103处理器为控制核心的控制器和1台12/8结构电动车SRM上进行了系统的试验。试验结果表明在该控制算法下,电机能够快速起动和稳定运行,且能检测到故障并及时保护,证明了该算法的正确性。     

永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器的研究

提出了一种新型永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器集成系统。该集成系统将永磁驱动的电机绕组和DC/AC逆变器重构成车载充电机实现电动汽车驱动-充电的集成,具有空间利用率高、充电快速和可靠性高等特点。分析了集成系统的结构和工作原理,推导了充电系统的三相DC/DC变换器数学模型。在此基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了驱动-充电集成系统仿真模型,对同步脉宽调制(PWM)控制和交错PWM控制策略进行仿真研究,分析对比了交流侧电压电流、直流侧电机绕组电感电流和直流侧电压波形。仿真结果表明,与交错PWM控制策略相比,同步PWM控制策略下该新型结构充电系统具有更好的运行性能。     

碳纤维复合材料电火花加工(EDM)机理究研

应用于航空航天技术的碳纤维复合材料具有相当高的比强度、高弹性模量、重量轻、热膨胀小、以及具有导电性、对酸、碱有机溶剂有很大的耐蚀性等诸多的优点。但由于材料本身为纤维织物的层压浸渍结构,使其在切削加工时难于达到较高的光洁度与精度,     

航空机电作动器的混合整流全状态反馈控制

研究了一种适用于多电飞机供电系统的新型混合整流电路,并针对航空机电作动器负载特殊的用电特性,提出了一种基于全状态反馈的混合整流控制方法,在保证整流效果的同时,解决了负载功率短时大范围变化引起的直流电压不稳定问题。这种新型混合整流电路将二极管整流电路和脉宽调制(PWM)整流电路并联输出接负载,两者共同承担有功功率且比例可控,通过适当控制PWM电路达到网侧低谐波的目的,且当负载制动时,能量可以回馈交流侧电网。建立了混合整流器的线性化全状态数学模型,设计了基于线性二次型(LQR)最优化理论的全状态反馈控制策略。通过在MATLAB/Simulink下的建模与仿真,比较了全状态反馈控制方法与传统三状态反馈控制方法,并在机电作动器样机上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,采用全状态反馈控制的新型混合整流方案对于功率大范围变化负载具有更好的控制性能。     

高强度中间相沥青基泡沫碳的制备及性能

以中间相沥青为原料,通过加入中间相碳微球和溶剂抽提两种方法对中间相沥青进行改性,实现了对中间相沥青基泡沫碳的微观结构的调控,对两种方法进行了对比讨论.结果表明,改性后沥青制备的泡沫碳的裂纹数量较少,长度较短,并且泡沫碳的孔径较小;加入55%中间相碳微球的沥青制备的泡沫碳的炭化(1573 K)后的压缩强度高达26.2 MPa,在2 873 K石墨化后强度达到17.7 MPa,热导率为41.4 W/(m·K).利用甲苯抽提后的沥青得到的泡沫碳在炭化(1 573 K)后强度高达30.0 MPa,在2 873 K石墨化后强度达到9 MPa,热导率达到80 W/(m·K).     

高频脉冲电铸的试验研究

根据理论分析,通过改变高频脉冲电源不同的电参数,来研究电参数对铸层结构和微观形貌的影响。     

碳纤维用PAN原丝超声波水洗新技术

为降低PAN原丝中的DMSO(二甲基亚砜)残留量,减少其对原丝的拉伸、预氧化处理等过程的不利影响而造成的碳纤维的结构缺陷、强度降低,将超声波水洗技术应用到PAN原丝水洗工艺中.结果证明,新方法明显提高了水洗效果,能够快速有效地降低原丝中DMSO残留量.