CVI沉积炭纤维束的组织结构

采用CVI工艺在常压下对单束炭纤维进行热解沉积,天然气为前驱体,N2为载气,沉积温度为1 020～1 100℃,沿纤维束轴向分布。对不同位置炭纤维束外和束内热解炭组织结构分别进行PLM表征。研究发现,束外热解炭在距离热电偶(0位置)上方40～80 mm处沉积厚度达到最大,在0～80 mm内组织结构良好,主体为高织构;束内沉积热解炭的厚度较均匀,组织结构的变化与束外一致。对气体裂解过程中的反应气体组分进行模拟并与实验对比,发现生成高织构时,热解反应中间产物中的C2H2/C6H6范围为15～35。     

高温处理对PCS裂解SiC基体的微晶形态及C/C-SiC材料性能的影响

采用聚碳硅烷(PCS)作为先驱体,通过浸渍裂解法制备C/C-SiC材料,分别经过1 400、1 500、1 600℃高温处理,研究了不同处理温度对SiC基体的微晶形态及C/C-SiC材料力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明,3种处理温度下,SiC的晶型主要为β-SiC。温度升高,晶粒尺寸增大,1 500℃以后生长速度减缓;SiC微晶优先沿着(111)晶面生长,(220)和(311)晶面的生长取向逐渐增加。处理温度升高,C/C-SiC材料的弯曲强度和剪切强度不断下降。1 400℃处理后,C/C-SiC材料的断裂方式呈现出非常明显的韧性断裂。C/C-SiC材料在1 500℃静态空气中的氧化失重率随高温处理温度的升高而逐渐增大,氧化程度越来越严重,断面典型区域的氧化形貌由"尖笋状"成为"梭形"。     

循环吸湿对炭纤维复合材料界面性能的影响

通过对炭纤维增强复合材料进行70、85、100℃下的循环水浸吸湿试验,研究了复合材料在不同水浸温度下的吸湿-脱湿行为规律。同时,对循环吸湿-脱湿过程中的试样进行层间剪切强度测试和动态力学性能测试,并结合扫描电镜观察循环吸湿各个阶段的纤维基体结合状态。结果表明,水浸温度越高,水分的扩散速率越快,饱和吸湿率越大。经过循环吸湿后复合材料的吸湿行为仍满足Fick第二定律,吸湿后层间剪切强度下降,湿热循环次数越多下降的越明显。脱湿后层间剪切强度有所恢复,水浸温度越高造成的不可逆破坏越大,层间剪切强度恢复的越少。干态时的玻璃化转变温度为231℃,吸湿后下降了37℃。     

不同截面炭纤维表面特性及其对复合材料界面粘接性能的影响

使用SEM、AFM、比表面积与孔体积测试分析仪(BET)和XPS对国产腰形截面炭纤维、圆形截面高强炭纤维和国外圆形截面T300炭纤维表面特性进行物理与化学表征与分析,并对炭纤维/环氧复合材料界面粘接性能进行了研究。表面形貌分析表明,腰形截面炭纤维比表面积大于圆形截面炭纤维,但其表面沟槽较圆形截面炭纤维浅。XPS分析表明,腰形截面炭纤维的表面活性略高于国产圆形截面炭纤维,但明显低于T300;界面剪切强度与层间剪切强度测试结果表明,腰形截面炭纤维/环氧复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均接近于T300/环氧复合材料,高于国产圆形截面炭纤维/环氧复合材料。     

高温热处理与C/C复合材料性能关系研究

采用整体炭毡为增强坯体,经过化学气相渗透(CVI)及树脂浸渍/炭化(PIC)工艺制备成整体毡C/C复合材料样品,对样品连续进行了3次2 500℃以上的高温热处理(HTT)。材料性能测试结果表明,3次HTT后材料z向抗拉强度由16.7MPa下降到8.87MPa,抗压强度由129.0MPa下降到72.7MPa,抗弯强度由35.7MPa下降到17.6MPa,抗剪强度由34.4MPa下降到18.7MPa;xy向室温(RT)~1 000℃的平均线膨胀系数由1.55×10-6K-1降低到1.13×10-6K-1;800℃的热导率由106.91 W/(m.K)降低到61.27 W/(m.K),比定压热容由2.56 kJ/(kg.K)下降到1.93 kJ/(kg.K);z向变化趋势基本相同。     

增韧剂含量对国产高强中模炭纤维环氧复合材料耐冲击性能的影响

采用国产CCF800H高强中模炭纤维增强高温固化环氧制备了复合材料,研究了不同热塑粉料含量对复合材料抗低速冲击及冲击后压缩性能的影响。研究表明,采用层间增韧方式,随着聚芳醚酰亚胺含量的提高,层合板的损伤阈值载荷值(DTL)逐步提高,而DTL峰值与谷底之间的载荷差值逐渐降低,内部损伤区域逐渐减少,显示冲击阻抗提高,而损伤形式由大面积的分层逐渐转变为树脂基体开裂与增强纤维断裂的模式,冲击后压缩强度(CAI)获得显著提升,证明采用层间增韧技术获得的高韧相结构能够大幅提升层合板耐低速冲击性能。     

界面化学反应对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用接枝含有双键的乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)的方法对炭纤维(CF)进行了表面改性。接枝前后的炭纤维表面特性通过表面官能团滴定和表面能测量进行了表征。通过分析苯乙炔的三键与A-171的双键的反应程度,间接评价了芳基乙炔树脂的三键与A-171的双键的反应程度。CF/PAA复合材料的界面粘接性能通过断口形貌分析和层间剪切强度(σILSS)测试进行了评价。结果表明,芳基乙炔的三键与A-171的双键可发生化学反应,且反应程度很高。由于芳基乙炔的三键与A-171的双键在界面上的化学反应,使CF/PAA树脂复合材料的界面粘接性能明显提高,σILSS=43.3 MPa,比未处理试样提高了43%。     

均化法对短炭纤维均匀化效果及C/C复合材料性能的影响

采用模压半炭化成型工艺和普通压力机,在大气环境下制备出了短炭纤维增强沥青炭基C/C复合材料.借助无级变速搅拌机、材料万能试验机和电子扫描显微镜,研究了均化法对短炭纤维均匀化效果和C/C复合材料力学性能的影响.结果表明,在所试验的6种分散剂中,含有CPB和PVA的分散液不仅对PAN基炭纤维的分散性能较好,而且对炭纤维、沥青粉和焦炭颗粒也具有良好的均匀化效果;均化法对C/C复合材料的抗压强度具有重要的影响,就C/C复合材料的力学性能、制备成本和作业环境而言,湿混法的综合性能最好.     

超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。     

热处理温度对针刺C/C复合材料热力学性能的影响(英文)

对炭布叠层针刺C/C复合材料分别进行了不同温度的高温热处理,研究了热处理温度对C/C复合材料热学、力学和抗热震等性能的影响。结果表明,经过高温热处理,针刺C/C复合材料的导热率升高,线膨胀系数降低,材料的抗热震因子从未处理的42 kW/m提高到70 kW/m以上,表明热处理后材料具有更佳的热稳定性,但材料的弯曲强度随热处理的升高从126 MPa降到70 MPa,且经过2 000℃及更高温度处理后弯曲强度降低幅度较大。     

3A21铝合金热处理及旋压温度对其组织性能的影响

在分析3A21铝合金组织性能的基础上,研究了该材料在不同减薄率条件下退火温度对薄壁圆筒旋压工艺和性能的影响。对旋压工件采用不同温度的退火,得到不同的力学性能和塑性指标。试验表明,低温退火可适当消除旋压残余应力,获取较高的材料强度,再结晶退火可细化晶粒、恢复材料塑性。旋压过程中成形温度过低达不到提高旋压材料塑性的目的,易形成缺陷及扩径;温度过高导致晶粒长大,材料堆积产生缺陷。通过不同的热处理方式可获取相应的材料使用性能。     

炭布高温处理对2D-C/C分层缺陷的影响研究

研究了炭布高温处理对二维炭／炭复合材料(2D-C／C)分层缺陷的影响。分析了炭布处理前后炭纤维的元素及表面形貌；测试了炭布处理前后树脂基复合材料(PMC)、炭化后2D-C／C及致密后2D-C／C的层剪强度、密度、开孔率等；采用金相显微镜表征了2D-C／C的分层缺陷。结果表明，炭纤维(布)经高温处理后，其表面含氧量下降，含碳量提高，表面粗糙度增大，惰性增大；炭布高温处理降低了树脂基复合材料的ILSS．炭化后2D-C／C表现出低密度和高开孔率，炭化收缩量小、热应力小及炭化不分层等特点。     

损伤形式对三维编织复合材料细观结构和弯曲性能的影响

通过分析损伤前后三维编织复合材料细观结构的变化,建立了剩余纱线长度的计算公式.对损伤前后三维编织复合材料试件进行了三点弯曲实验,分析了材料弯曲强度和弯曲弹性模量的变化规律和失效形式.主要讨论了2种编织角和4种损伤方案,包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割、沿宽度和厚度方向同时切割.实验结果表明,损伤前后的弯曲性能均随编织角的增大而减小;沿宽度方向切割对弯曲性能影响不明显,沿厚度方向切割对弯曲强度和模量影响较大,沿厚度和宽度同时切割的试件力学性能下降最大,接近60%.切割面受拉试件比切割面受压试件的弯曲性能降幅稍有增大.     

背壁5-II材料高温热物理性能及微结构特征

研究了背壁5-II材料的密度、失重率和孔隙率随温度的变化规律,测试了温度对比定压热容、热导率的影响,研究了不同温度下和发动机长时间热试车下5-II材料的微结构特征。结果表明,5-II材料密度随温度升高而降低,热解后密度降至1.28 g/cm3,开孔率在30%左右;比定压热容随温度升高而增大,热导率随温度缓慢降低;随温度升高,其微结构特征表现为孔隙的大量增加和贯通,密度和孔隙率可作为固体发动机背壁热解失效的主要参量。     

重固溶再双级时效处理对7175铝合金力学性能和微观组织的影响

采用SEM、TEM、拉伸试验、电导率测试及观察等方法,研究了重固溶再双时效制度对7175铝合金性能的影响。结果表明,在对7175铝合金的重固溶再双时效处理中,第二级时效温度是重要的影响因素。经过480℃×2 h 95℃×8 h 180℃×10 h固溶时效后,得到了较佳的综合性能。同时,当7175铝合金晶内析出相为更多更细小的GP区和小尺寸的η′相,晶界析出相尺寸较大时,材料将对应着良好综合性能。     

纤维表面处理对碳纤维复合材料剪切性能影响

采用活性涂层，刚性涂层，柔性涂层分别对HTA－P30碳纤维进行表面处理，研究了不同涂层对HTA－P30／AE4环氧NOL环复合材料剪切强度的影响，试验结果表明，活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能，而且涂层浓度对性能的影响非常敏感，当浓度为1％－2％时，剪切强度可以提高20％，此外，在复合材料破坏微观形貌分析基础上，提出了活性涂层对碳纤维的改性机理。     

Influence of freezing rate oscillations and convection on eutectic microstructure

As discussed in our review paper (Wilcox, W. R. and Regel, L. L., Microgravity Quarterly, 1994, 4, 147–156), the influence of microgravity on eutectic microstructure has been rather erratic and largely unexplained. Directional solidification in microgravity sometimes coarsened the structure, sometimes made it finer, and sometimes, even on the same system, had no measurable effect. Theoretical models predicted no influence of the weak buoyancy-driven convection that occurs in the vertical Bridgman technique on earth. Thus, we hypothesized that freezing rate fluctuations due to irregular convection might be responsible. For example, with a fibrous microstructure an increase in freezing rate must cause new fibers to form, either by branching or by nucleation. A decrease in freezing rate would cause fibers to terminate by overgrowth of the matrix phase. If the kinetics of fiber formation differs from that for fiber termination, an oscillatory freezing rate would cause the average fiber spacing to deviate from that at a steady freezing rate. We have been investigating this hypothesis both experimentally and theoretically. Vertical Bridgman experiments were performed on the MnBi–Bi eutectic with freezing rate oscillations caused by periodic electric current pulses passed through the material. With increased current amplitude, more and more grains exhibited irregular microstructures. Of the grains with continued quasi-regular rod structure, the microstructure became finer. This result was contrary to that expected from our hypothesis for this system. Numerical modeling also predicted that an oscillatory freezing rate should yield a finer microstructure. It was also predicted that freezing interface oscillations should cause the average melt composition at the freezing rate to deviate from the eutectic. This results in the formation of a composition boundary layer of sufficient thickness that it would become sensitive to convection. Hence we have arrived at a revised hypothesis. On earth, irregular convection causes freezing rate fluctuations that change the interfacial melt composition, leading to a thick composition boundary layer. Convection interacts with this boundary layer to change the interfacial melt composition, thereby altering the response of the system to freezing rate fluctuations.