定向渗积快速制备C/C复合材料力学性能的研究

以天然气作为气源采用自行研发的C/C复合材料快速制备新技术制备C/C复合材料样件,测试分析了新工艺制备C/C复合材料的力学性能,并与以丙烯为炭源气采用传统等温等压CVI工艺制备C/C复合材料的力学性能进行了对比。研究结果表明:相比于传统工艺,采用新工艺制备C/C复合材料的拉伸强度和模量分别提高了12.0%和20.1%;垂直弯曲强度和模量分别提高了11.7%和12.4%。     

CSCVI法制备C布增韧SiC基复合材料及其微观结构

为了提高CVI法制备C/SiC复合材料的致密化速度 ,提出了连续同步CVI(CSCVI)法制备C布增韧SiC基复合材料的技术路线 ,制备了C/SiC复合材料 ,并观察了其微观结构。实验结果表明 ,在CSCVI工艺中 ,SiC基体沉积速度越快 ,材料的致密化程度越大且致密效果越好。同时 ,SiC基体沉积速度只由沉积温度与MTS(CH3 SiCl3 )流量控制 ,使工艺的可操作性增强 ,工艺参数可在较大范围内变动     

航天用C/ C 复合材料及其应用制备工艺

以美国航天用C/C复合材料专利申请为蓝本,研究了当前C/C复合材料及其应用中存在的技术问题、采用的技术手段,剖析了提高C/C复合材料抗氧化、耐高温、致密化、防裂解等性能的重点工艺.为进一步推动C/C复合材料在航天领域的应用提供专利情报参考.     

无纬碳布增强针刺毡C/C复合材料性能的研究

比较了几种不同工艺制备的针刺毡C/C复合材料。对针刺碳毡织物首先进行预增密处理,得到初始密度和碳纤维含量较高的坯料,然后用树脂浸渍法进一步致密化。研究表明,用该方法制备的C/C复合材料比未经预处理的试样,拉伸强度提高39%,压缩强度提高14%,层间剪切强度提高36%。通过SEM观察和常温力学性能的测试,分析表明工艺的改进是强度提高的主要原因。     

PIP 工艺对2D C/ SiC-ZrB2 复合材料结构和力学性能的影响

采用CVI结合SI及PIP工艺制备2D C/SiC-ZrB2复合材料.研究了PIP工艺中循环浸渍次数及热处理对复合材料结构和力学性能的影响.比较了多孔C/SiC浸渍浆料后用PIP结合CVI致密化和仅用CVI致密化的效果.结果表明:浸渍裂解后,热处理温度相同,热处理次数对复合材料的开孔率和弯曲强度影响不大.2D C/SiC-ZrB2复合材料的弯曲强度不随PIP次数的增多而增加,PIP处理二次后,复合材料的强度逐渐增加,PIP处理五次,强度达到最大值,制备的复合材料开孔率为8.0%、弯曲强度为423 MPa.SI后用PIP结合CVI致密化比仅用CVI致密化效果好.     

沥青及织物结构对C/C复合材料致密化的影响

选取四种不同软化点的浸渍剂沥青和四种不同结构织物，采用低压浸渍-常压碳化的致密化工艺，制备C／C复合材料。结果表明：浸渍剂种类和织物结构对致密化效果都有影响，并指明造成传统工艺致密化效率低下的主要原因是碳化时沥青的流淌。     

C/C-Cu复合材料的烧蚀形貌和烧蚀机理

以PAN预氧化纤维整体毡为增强体,经碳化、等温CVI致密化后制备多孔的C/C复合材料预制体,利用气体压力浸渗法将Cu引入C/C预制体中制备C/C-Cu复合材料。采用氢氧(H2-O2)焰考核C/C-Cu复合材料的烧蚀性能,经扫描电镜和电子能谱对不同烧蚀区域的微观结构和成分进行分析,结果表明:预制体密度为0.96 g/cm3的C/C-Cu复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.75μm/s、0.223 mg/s,烧蚀性能优良;其烧蚀表面具有不同的宏观形貌,在烧蚀中心区产生了明显的凹坑,主要烧蚀机制为C/C预制体的氧化和铜基体的机械冲刷;烧蚀过渡区聚集了大量的铜基体,其烧蚀机制为Cu的热氧化和机械冲刷;烧蚀边缘区材料表面变黑,主要因为C/C的氧化。为了提高C/C-Cu的烧蚀性能,需要发挥C/C预制体的"钉扎"作用,阻止Cu在高温下被气流冲刷而发生流动。     

3D针刺C/SiC复合材料螺栓的低成本制备及力学性能

以三维针刺碳毡作为预制体,通过化学气相渗透(CVI)工艺,制备了密度约为1.50～1.60 g/cm3的半成品C/SiC复合材料板材,然后采用专用磨具在半成品复合材料板上按照指定的取样方式切割出螺杆与头部毛坯,并分别对螺杆和头部攻丝,将两者装配在一起形成半成品螺栓,对半成品螺栓CVI致密化并在其表面制备SiC抗氧化涂层,制备出低成本的3D针刺C/SiC复合材料螺栓.提出了C/SiC复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的夹具,对所制备螺栓的力学性能进行了测试表征,并利用扫描电子显微镜(SEM),对C/SiC复合材料螺栓的拉伸断口形貌进行了观测.结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,室温下螺栓的抗拉强度和剪切强度分别为151.7 MPa和85.6 MPa.     

电热解法快速致密C/C复合材料研究

该工艺以液烃为前驱体,多孔碳坯浸在液烃中一次完成致密化。沉积温度为800℃～950℃时,坯多经2h～3h致密,其密度达1.62g/cm^3～1.74g/cm^3。以环已烷为前驱体制备的C/C试样具有良好的耐摩擦性能,动摩擦系数为0.2～0.4,静摩擦系数为0.25,每次刹车磨耗的0.89um,满足高性能刹车材料的要求。此外,该工艺所需设备结构简单,工作尺寸放大不受技术性限制,是一种很有开发价值的低成本、快速致密C/C材料的方法。     

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.     

FINITE DIFFERENCE MODEL FOR SIMULATION OF DENSIFYING CARBON-CARBON COMPOSITES BY CHEMICAL VAPOR INFILTRATIONP ROCESSES

ＮｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅｓＡ０—ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅＡｒｈｅｎｉｕｓｅｑｕａｔｉｏｎＣ（ｎ）—ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｕｎｉｔ（ｎ）（ｍｏｌ／ｃｍ３）Ｃ０—ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔｅｘ...     

FCVI中气体流量对温度分布的影响

强制流动热梯度化学气相渗透(FCVI)作为一种制备碳基与陶瓷基复合材料的新工艺 ,可在短时间内制备出密度均匀、性能优良的制件。分析了在FCVI工艺过程中预制体温度与气体温度的区别 ,并从理论上推导出了FCVI中气体温度与预制体温度间的关系 ,进一步分析气体流量对气体温度分布的影响。     

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。     

FCVI中气体温度与预制体温度的关系

强制流动热梯度化学气相渗透（ＦＣＶＩ）作为一种制备碳基、陶瓷基复合材料的新工艺,克服了传统ＣＶＩ中气体扩散传输与预制体渗透性的限制,可在短时间内制备出密度均匀、性能优良的制件。本文分析了在ＦＣＶＩ工艺过程中预制体温度与气体温度的区别,并从理论上推导出了ＦＣＶＩ中气体温度与预制体温度间的关系。     

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.     

表面改性C/C复合材料与LAS玻璃陶瓷的连接

采用MgOAl₂O₃SiO₂(MAS)玻璃作为中间层,对SiCMoSi₂表面改性的C/C复合材料与Li₂CO₃Al₂O₃SiO₂(LAS)玻璃陶瓷进行热压连接。通过正交实验,研究了连接温度、连接压力和保温时间对试样连接强度的影响,确定最佳工艺参数为：1 200 ℃,20 MPa,15 min,所得到连接接头的最高剪切强度可达30 MPa。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和背散射电子像（BEI)对SiCMoSi₂涂层、连接界面的形貌以及组成进行了分析。研究结果表明,SiCMoSi₂涂层与基体结合紧密,Si,C元素在界面处呈梯度状分布,形成厚度约为15 μm的过渡层。MAS玻璃中的组分与LAS玻璃陶瓷和SiCMoSi₂涂层存在相互渗透现象,形成紧密的C/C(SiCMoSi₂)/MAS/LAS结构,界面间的结合良好。     

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.     

碳/碳复合材料连接工艺的研究进展

对近年来用粘接以及用石墨、硼、硼化物、碳化物、金属、金属间化合物和玻璃等作中间层连接碳版复合材料的新方法进行了概述；介绍了碳／碳复合材料与铝、铜的粘接及钎焊连接工艺。     

温度对溶剂热改性C/C复合材料显微结构和氧化性能的影响

以硼酸三正丁酯、乙酸、B2O3粉体为原料,无水乙醇为溶剂,采用一种新颖的溶胶/凝胶结合溶剂热法对C/C复合材料基体进行了抗氧化改性.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对改性后试样进行了表征.重点研究了溶剂热反应温度对改性后试样的物相组成、微观结构和氧化性能的影响.结果表明:经过溶剂热改性处理后,C/C复合材料表面缺陷被玻璃相B2O3组成的涂层所覆盖,材料内部一部分孔隙也被B2O3相填充,且随着溶剂热温度的上升,试样表面的微裂纹逐渐消失,B2O3涂层的致密度上升;C/C基体的抗氧化性能随着溶剂热改性温度(范围353～433 K)的升高而提高;经433 K溶剂热改性后的C/C复合材料在873 K的空气中氧化16 h后的质量损失仅为4.09％.     

碳/碳复合材料表面纳米HAp/壳聚糖生物复合涂层的制备

以声化学法合成的纳米羟基磷灰石(HAp)为起始原料,以异丙醇作为分散介质,采用水热电泳沉积法在经壳聚糖(CS)溶液改性后的碳/碳复合材料(C/C)表面沉积纳米HAp/CS生物复合涂层.重点研究了水热条件下沉积电压对复合涂层的晶相组成、形貌和结构的影响规律.采用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所制备的涂层进行表征.结果表明:随着沉积电压的升高,涂层更加致密和均匀;同时水热环境有利于纳米HAp晶粒的生长,制备出的HAp/CS复合涂层不需要后续热处理.