碳-铝复合材料低应力破坏原因探讨

本文主要就碳-铝复合材料的纵向抗拉强度低于混合律估算值,纤维的增强作用不能充分发挥,发生低应力破坏的原因进行探讨。研究了M40/LD_2,T300/LD_2,上碳/LD_2等碳-铝复合材料经液氮深冷—150℃冷热循环处理和不同温度加热真空处理,产生不同程度的界面反应和界面状态所引起抗拉强度的变化。分析探讨碳-铝复合材料发生低应力破坏的原因。 试验结果表明碳-铝复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应,造成碳纤维损伤,生成界面反应层,使纤维与铝基体的界面结合增强。过强的界面结合使裂纹易于向碳纤维内部扩展,造成脆断。界面结合强弱对碳-铝复合材料的破坏过程和抗拉强度有重要影响,控制碳纤维与铝基体的界面结合是获得高性能碳-铝复合材料的关键。通过适当的处理改善界面结合状态可使M40/LD_2复合材料抗拉强度提高25～40％。     

碳纤维表面镀镍钛合金对碳—铝界面性能的影响

本文着重讨论了碳纤维表面电镀镍钛合金工艺,热处理温度对镀镍钛碳纤维界面组织的影响,以及涂复镍钛镀层的碳纤维与铝液之间的润湿性问题。经初步试验研究发现:镍钛合金镀层中的钛有减缓和阻止镍向纤维内部扩散的作用。涂复镍钛合金镀层的碳纤维与铝液之间有良好的润湿性。     

简讯

先进复合材料用导电材料和工艺技术研究课题通过鉴定　　日前 ,由中国航空工业制造工程研究所承担的“先进复合材料用导电材料和工艺技术”课题通过了中国航空工业第一集团公司组织的技术鉴定。该课题研究的镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂和模具喷铝固化转移技术是解决飞机复合材料结构电磁兼容和雷电防护的有效途径之一。其中镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂复合材料既可满足飞机复合材料结构电磁兼容和Ｄ +Ｂ +Ｃ雷击防护的要求 ,又可作为功能材料参与结构承载 ,实现结构 /电磁兼容功能一体化(屏蔽效果 >2ＧｄＢ) ;模具喷铝固化转移工艺技术…     

几种碳-铝复合丝界面性能的测试分析

碳-铝复合丝是用性质完全不同的材料复合而成的,其力学性能,不仅与所使用碳纤维的性能有关,而且与碳和金属的结合状态有密切关系。因此,对于异种材料的接触面——界面的分析就显得非常重要。本文就几种不同覆铝碳纤维复合材料,利用现代表面分析技术,对其碳纤维覆铝层表面、界面状况和元素分布做了测试分析,从微观分析的角度提供了对某些覆铝材料制作工艺的改进依据。     

镍对碳／锌复合材料组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和Ｘ射线能谱仪对碳／锌复合材料的显微组织和断口成分进行了分析。结果表明：碳纤维上的镀层镍在材料制备过程中发生了扩散并形成了固溶体或化合物，本文最后还讨论了它们对碳／锌复合材料性能的影响。     

碳纤维织物/聚苯硫醚复合材料工艺研究

研究了碳纤维织物增强交联型聚苯硫醚复合材料的粉末成型工艺。以不同工艺条件成型复合材料层板,测试弯曲及动态力学性能,并对纤维-树脂渗透及纤维-基体界面粘结情况进行显微观察。确定了获得高性能复合材料较理想的工艺参数。     

石墨/铝复合材料显微组织的研究

石墨/铝复合材料具有较高的比强度和比刚度,是用于宇航领域的理想材料。 石墨/铝复合材料的显微组织将直接影响其力学性能。为了探讨石墨纤维与铝基体之间的结合机制,揭示石墨/铝复合材料显微组织与宏观力学性能之间的内在联系,有必要对石墨/铝复合材料的显微组织,尤其是石墨纤维与铝基体界面区域的显微组织进行深入的研究。     

先进复合材料现状和发展趋势

本文综述了先进复合材料的现状和发展趋势。主要内容有:复合材料应用于隐身技术,双马树脂在先进战斗机中的应用成为重点,热塑性复合材料崭露头角,新概念促进复合材料和工艺的应用及发展,碳/碳和碳/酚醛材料研究向纵深化、民用化发展,多向织物增强复合材料工艺得到迅速发展,碳纤维质量不断提高、应用迅速增加等几个方面。     

碳纤维增强复合材料铣削和钻孔技术研究进展

碳纤维增强复合材料(特别是碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料)具有比强度和比模量高、耐高温、抗腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天等领域.由于碳纤维增强复合材料硬度高、脆性大、层间剪切强度低等特点,使其在加工中容易出现毛刺、分层、撕裂等加工缺陷,并且刀具磨损快、耐用度低.针对碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料的加工问题,从铣削和钻削两个方面讨论了加工参数、加工刀具、切削力预测以及超声振动钻孔和螺旋铣孔等方面的技术,总结了目前提高碳纤维增强复合材料加工质量的工艺方法.     

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。     

纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响

为了研究纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响,将T300碳纤维在氮气氛围中进行不同温度的热处理后,采用液硅熔渗法制备了C/C-SiC复合材料。采用光电子能谱(XPS)对纤维表面成分进行了分析。结果表明:未处理纤维表面具有较高的氧含量,随着热处理温度的升高,纤维表面氧含量逐渐降低,导致纤维表面含氧官能团数目减少。扫描电镜(SEM)观察发现:未处理纤维增强的C/C预制体,孔隙尺寸较大且孔隙率低;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,孔隙尺寸较小但孔隙率高。随后对C/C预制体进行液硅熔渗处理,并对熔渗反应过程分析发现:由未处理纤维增强的预制体,液硅熔渗反应主要受溶解-沉淀和界面限制的扩散反应过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体相分布规则且含量较低,同时含有较高的残留Si;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,熔渗反应则主要受溶解-沉淀过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体含量多且分布较均匀,残留Si含量较少。     

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     

沥青基炭纤维表面改性对炭／炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性,采用臭氧氧化法对沥青基炭纤维表面进行改性。采用AFM,XPS研究了臭氧改性后沥青基炭纤维表面结构的变化。利用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化,并用SEM分析了炭/炭复合材料断口形貌。结果表明,臭氧氧化使沥青基炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加,提高了沥青基炭纤维的表面能。炭/炭复合材料力学性能得到明显提高。     

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。     

涂层改性碳纤维复合材料的微波性能研究

通过对采用化学气相沉积（ＣＶＤ）法在碳纤维表面制备ＳｉＣ涂层、ＳｉＣ－Ｃ共沉积涂层的工艺方法、结构、复合材料电磁参数、复合材料的吸波性能等内容的研究,分析了这两种涂层对碳纤维复合材料微波性能的影响,探讨其涂层改性在防热、隐身双功能复合材料应用中的可能性。     

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/碳复合材料导热性能的研究

对碳/碳复合材料在不同温度下的导热性能进行了研究。研究发现了碳/碳复合材料的导热机理介于金属材料和非金属材料之间,既有声子导热,又有电子导热。在实验温度范围内,导热系数随温度升高而增大。随碳/碳复合材料石墨化程度的增大,晶体微观结构渐趋完整,石墨片层的有序度增加,材料的导热性能增强。对于高密度的碳/碳复合材料,因为晶粒间联通状态良好,热传导载体运动的路径畅通,所以导热系数高。碳纤维及围绕纤维生长的热解碳是热传导的有效通道,所以沿纤维增强方向的导热系数高。     

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。     

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。     

SiC纤维增强复合材料界面微观结构的Raman光谱研究

使用Ｒａｍａｎ显微技术（Ｒａｍａｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）研究了ＳｉＣ纤维增强碳化硅、ＪＧ６玻璃和Ｐｙｅｒｘ玻璃复合材料界面的微观结构。研究表明,复合材料的制备过程使纤维内自由碳颗粒的大小增大,尤其是在界面层两种玻璃复合材料制造过程使原纤维富含ＳｉＯ２的表面层消失,而且发生了界面层碳结构的有序化。