预制体结构对炭/炭复合材料氧化行为的影响

以短纤维树脂模压、炭布叠层和针刺毡为预制体,采用CVD方法制备了3种C/C复合材料,并研究了其氧化行为,计算了氧化反应动力学数据。结果表明在氧化失重率小于60％时,其氧化失重率与氧化时间呈线性关系,而且3种样品在700℃前后具有不同的表观活化能,由此导致不同的控制机制:700℃以下为动力学控制区,700℃以上为扩散控制区。C/C复合材料的氧化速率与预制体结构有关,这主要是因为不同的预制体结构导致形成了不同的热解炭组织,比较起来炭布/CVD炭复合材料的抗氧化性能最差,短纤维树脂模压/CVD和针刺毡/CVD炭复合材料具有较好的抗氧化性能。3种材料的氧化过程基本一致,都是首先从材料内空隙缺陷处开始氧化,伴随着炭纤维和基体炭同时氧化,炭纤维变得越来越细,最后基体炭只剩下很薄的一层,有的基体炭甚至已经氧化脱落而只剩下炭纤维裸露着,或者在炭纤维周围分布着极不均匀的多孔状热解炭。     

最终热处理对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响

对同一种炭/炭复合材料,经过不同温度最终热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明:随着最终热处理温度的提高,易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强,而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化;炭/炭复合材料的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高;平行纤维方向的导热系数和垂直纤维方向的导热系数均有上升。另外,试验表明:随着热处理温度的提高,炭/炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态,磨损量下降明显。在1800℃热处理的材料的失重主要是由于氧化造成的,说明1800℃的热处理温度过低,对炭/炭复合材料的各项性能无影响。     

炭/炭复合材料与轴承用铜合金摩擦磨损行为的对比研究

采用摩擦试验机(UMT-200)和表面形貌仪(Talysurf CCI 2000)表征了炭/炭复合材料,铜合金和带有MoS2涂层的铜合金的摩擦磨损行为。结果表明:在相同条件下,铜合金的摩擦系数保持在0.65左右,而带有MoS2涂层的铜合金的摩擦系数为0.25～0.3,线性磨损率为铜合金的1/3,但随着试验时间的增加,MoS2涂层被破坏,其摩擦系数会增加至0.35左右。炭/炭复合材料的摩擦系数一直保持在0.12～0.13,线性磨损率为铜合金的1/6,且表现出良好的耐磨自润滑特性。     

炭/炭复合材料快速制备工艺研究进展

综合评述国内外研制的几种快速制备工艺:快速定向流动CVI工艺、压力强制流CVI工艺、复合感应加热热梯度CVI工艺、液相气化CVI工艺和直热CVI工艺等,阐述了其快速制备炭/炭复合材料的工艺原理和主要研究成果,并分析了目前炭/炭复合材料快速制备工艺研究中存在的问题及发展趋势。     

飞机刹车盘用炭/炭复合材料新型防氧化复合涂层

 研究了一种工艺简单、成本低廉的飞机刹车盘用炭/炭复合材料防氧化复合涂层。该复合涂层由两层组成，其中内层由硼酸制备而成，外层由硼粉、炭化硼、氧化硅玻璃粉、有机硅树脂以及铝粉和铁粉制备成。恒温氧化和热震实验的结果表明：在700 ℃下空气中恒温氧化50 h后，带该涂层试样的氧化失重率只有0.08％，同时在700 ℃下空气中热循环50次后，试样的氧化失重率也只有0.12％。另外，用扫描电镜(SEM)、X射线能量分散谱(EDX)、Raman光谱和差热分析(DTA)等方法分析了涂层的防氧化机理。     

炭／陶复合材料电热性能的研究

通过在陶瓷基体原料(高岭土)中添加炭系导电原料(石墨、炭黑),经球磨混合、模压成形和烧结工艺制得炭/陶复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、数字测温仪等分析和测试了所研制试样的相组成、显微结构以及电热性能.结果表明,本实验的烧结条件下,炭系导电原料不会和陶瓷基体发生反应,其导电性不会受到影响.单一石墨和炭黑含量超过30和25wt%或石墨加炭黑混合(m石墨: m炭黑=1: 1)导电原料含量超过30wt%时,可在炭/陶复合材料内部形成良好的连续导电通道,且该材料具有优良的电发热性能.     

中间相沥青基泡沫炭的制备及性能

以日本三菱气体化学公司生产的AR中间相沥青为原料,放入合适的不锈钢模具中,在高压釜中加热、加压。利用中间相沥青在热分解过程中产生的轻组分挥发形成泡沫,在450℃制得了泡沫炭生料,再经炭化和石墨化处理后获得了由孔壁和韧带组成的三维网状结构的石墨泡沫炭。主要研究了升温速率和压力对泡沫炭孔结构的影响,考察了材料的导热性能。结果表明,升温速率以1℃/m in时泡沫炭孔的连通性比较好,压力越大孔径越小;经炭化后泡沫炭孔径略有收缩,孔壁结晶取向度比较完善;2 400℃石墨化后孔壁的结晶取向度得到了加强,形成了高度取向的石墨化结构,密度为0.3 g/cm3,热导率达到了32 W/(m.K)。     

我国碳纤维增强SiC基复合材料抗烧蚀改性进展研究

碳纤维增强SiC基复合材料(C/SiC)因具有耐高温、抗氧化、高比强和高比模等优点,被认为是代替高温合金作为热结构材料最有潜力的备选材料之一。由于碳纤维抗氧化性能差以及SiC基体在超高温烧蚀环境下氧化产物易挥发等问题,需要对C/SiC复合材料进行抗烧蚀改性。目前,针对C/SiC复合材料抗烧蚀改性的途径主要有优化碳纤维预制体结构和增加复合材料的致密度、采用超高温陶瓷改性SiC基体以及在复合材料表面制备抗烧蚀涂层。综述了国内关于C/SiC复合材料抗烧蚀改性的研究工作,同时提出了抗烧蚀改性制备工艺过程中面临的关键问题,为C/SiC复合材料抗烧蚀改性研究提供了思路。     

原位法制备C/C复合材料SiC/Si-Al2O3-mullite复合抗氧化涂层

 以Si和Al₂O₃为原料,采用原位生成法在带有SiC内涂层的炭/炭（C/C）复合材料表面制备出Si-Al₂O₃-mullite（莫来石）抗氧化涂层。采用X射线衍射、扫描电镜和氧化实验研究了Al₂O₃含量等工艺因素对Si-Al2O3-mullite涂层的物相组成、结构形貌、抗氧化性能影响。结果表明：Al₂O₃质量含量为30%~40%时,涂层主要由Si,mullite和Al₂O₃三相组成,涂层致密无裂纹,抗氧化性能最佳。在1 500 ℃等温氧化测试显示,SiC/Si-Al₂O₃-mullite复合涂层比单一的SiC涂层抗氧化性能有明显提高,1 500 ℃等温氧化75 h试样失重为4.6%。涂层试样失重的主要原因是涂层中产生了不可愈合的孔隙缺陷。     

水热合成生物炭/类水滑石复合材料对磷吸附性能研究

以小麦秸秆生物炭作为类水滑石的载体，采用水热合成法制备出生物炭锌钴水滑石复合材料(BC@Zn/Co-LDHs),并研究材料投加量、吸附时间、污染物初始浓度、pH和温度等条件对P吸附性能的影响。研究结果表明：BC@Zn/Co-LDHs材料对P的吸附动力学过程符合准二级动力学模型，等温吸附过程符合Freundlich模型，属于多层吸附；在pH为6.00,材料投加量为1.0 g/L,磷酸根浓度为30mg/L,吸附时间为60 min时，BC@Zn/Co-LDHs复合材料对P的吸附效果最好，去除率为92.98%。     

国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能

采用扫描电子显微镜(SEM)、反气相色谱(IGC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面能和表面化学特性进行表征,测试两种碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能,考察国产碳纤维复合材料的界面黏结性能、韧性和湿热性能。结果表明:碳纤维表面特性(表面形貌、表面能和表面化学组成等)对复合材料界面黏结性能具有显著影响;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料在室温下的界面黏结性能优于T700S/QY9611复合材料;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的韧性优异,冲击后压缩强度达到了国外先进复合材料IM7/5250-4的水平;经湿热处理后的层间剪切强度仍与T700S/QY9611复合材料相当,说明国产T700级碳纤维/QY9611复合材料具备良好的湿热性能。     

难熔金属及其化合物与C/C复合材料相互作用研究

利用织物混编难熔金属丝和浸渍含难熔金属化合物酚醛树脂两种方法，并结合常用的沥青浸影炭化工艺制备了含WC、TaC、ZrC、HfC的C／C复合材料，分析了难熔金属组分在工艺过程中的变化及其与C／C复合材料的相互作用。结果表明：混编的难熔金属丝既可以与基体碳也可以与碳纤维发生化学反应，导致部分碳纤维被侵蚀受损；另外，由于线膨胀系数差异大，造成难熔金属丝以及周围部分碳纤维或整束碳纤维的断裂。颗粒状难熔金属化合物不会造成整束碳纤维断裂，颗粒表层基体碳的取向程度明显高于周围树脂碳。     

混杂难熔金属C/C复合材料中金属与碳反应初步研究

研究了碳纤维难熔金属纤维混杂增强碳基体复合材料中难熔金属与碳之间的化学反应.结果表明,条件不同,难熔金属W丝、Ta丝与不同形式碳的反应程度、反应产物及结构有很大的区别.低温区,难熔金属与碳不发生明显化学反应,中温区W丝可与气态的碳氢气体发生轻微化学反应,高温区W丝、Ta丝可与固态沥青碳以及碳纤维发生反应.通过控制反应条件,可以得到难熔金属纤维碳纤维混杂增强碳基体、含难熔金属碳化物的难熔金属纤维碳纤维混杂增强碳基体和难熔金属碳化物纤维碳纤维混杂增强碳基体复合材料.     

碳纤维增强可溶性聚芳醚树脂基复合材料的表面与界面

首次对碳纤维增强含二氮杂萘酮联苯型聚芳醚砜酮(PPESK)基高性能热塑性树脂基复合材料的界面进行了研究。采用空气冷等离子体处理方法对碳纤维表面进行处理。用XPS测试分析了不同等离子体处理时间对CF-原丝表面元素组成的影响及其变化规律。用FT-IR测试分析了经等离子体处理前后碳纤维表面的官能团的变化。采用动态接触角测试分析了不同处理时间下,碳纤维浸润性的变化规律,进一步分析了复合材料界面的粘结机理。采用AFM测试分析等离子体处理时间对碳纤维表面粗糙度的影响。利用ILSS测试方法表征了碳纤维/PPESK复合材料的层间剪切强度,确定了最佳的等离子体处理条件。利用SEM观察了碳纤维/PPESK树脂基复合材料的层间剪切破坏形貌。结果表明:对碳纤维的最佳的等离子体处理条件为:处理功率200W,处理时间15m in。在这一条件下处理碳纤维,复合材料的ILSS值最达可提高13.5%。经过适当的等离子体处理后,碳纤维表面的极性基团的含量、浸润性能和粗糙度均得到改善,增强纤维与树脂基体间界面的粘结性能得到提高,从而提高了复合材料的力学性能。     

纤维表面涂层对碳纤维/聚芳基乙炔性能的影响

为提高碳纤维/聚芳基乙炔(CF/PAA)复合材料的性能,采用不同种类的涂层(环氧,硅氧烷和倍半硅氧烷)对碳纤维(CF)进行表面改性。通过复合材料的短梁弯曲和热氧老化试验表征不同涂层的改性效果。层间剪切强度(ILSS)结果表明,倍半硅氧烷涂层具有最好的处理效果。热氧老化测试结果表明,倍半硅氧烷涂层适用于耐热树脂体系。这种涂层可以通过改变官能团适应不同树脂体系复合材料的界面改性。     

碳纤维含量对Cf/SiO2复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了碳纤维体积分数分别为20％、40％和60％的高致密Cf/SiO2复合材料，研究了碳纤维含量对其组织结构，力学性能、热膨胀特性和抗氧化性能的影响规律。结果表明：SiO2基体及20％Cf/SiO2复合材料中，SiO2仍保持非晶态，碳纤维含量为40％和60％时，SiO2发生部分析晶；Cf/SiO2复合材料的抗弯强度、断裂韧性和断裂应变，随碳纤维含量增加均呈现先降低后又增加的趋势，而弹性模量则先增后降；60％Cf/SiO2表现出明显伪塑性；碳纤维含量增大，使复合材料的热膨胀系数成倍增加，抗氧化性变差。     

准三维C/C复合材料的弯曲性能及其破坏机理

以碳纤维针刺毡为预制体,采用CVI法或结合液相法制备了热解碳、树脂碳和沥青碳基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的弯曲性能及其断裂机理.研究表明:对于热解碳基质,SL基质碳的弯曲强度明显高于RL和SL RL两种基质碳;弯曲强度随密度增高而增大;致密度越高,基体支撑越强,同时微裂纹和孔隙度越低,弯曲性能越好.     

国产CCF700-12K碳纤维及其复合材料的性能研究

文摘以某重要型号产品高强碳纤维材料国产化为研究背景,开展了CCF700-12K碳纤维及其复合材料力学性能、耐空间环境性能以及热性能研究。结果表明,国产CCF700-12K碳纤维拉伸强度为4 706 MPa,拉伸模量为268 GPa;CCF700-12K/F46复合材料单向板拉伸强度为1 958.8 MPa,拉伸模量为144.79 GPa;CCF700-12K碳纤维的力学性能优异,工艺性能稳定,能够满足复合材料结构工程应用要求。     

细编穿刺碳／碳复合材料超高温氧化机理研究

研究了细编穿刺碳／碳复合材料高达３０００℃下的氧化与烧蚀。根据ＸＰＳ,ＳＥＭ和ＸＲＤ对烧蚀产物的微观分析建立了相应的非平衡烧蚀模型,提出了碳氧化的微观机理,探讨了扩散控制和反应动力控制对Ｃ／Ｃ复合材料氧化与烧蚀规律的影响     

浅析影响高模量碳纤维/ 树脂基复合材料力学性能的因素

为提高高模量碳纤维复合材料的力学性能,研究改性氰酸酯、5228、4211与碳纤维结合面结合性能.用SEM、AFM、微脱粘仪、万能力学试验机等仪器设备,观察了碳纤维表面微观形貌、树脂基体与碳纤维结合面微观粘接情况,并对复合材料的宏观力学性能进行分析研究.结果表明,高模量碳纤维随着模量的提高,袁层的缺陷与沟槽减少、表面活性降低,与树脂的结合面粘接强度减弱;改性氰酸酯与纤维的结合面粘接性能较好、5228次之、4211较差;树脂与纤维结合面粘接强度大的,其复合材料的力学性能好.