中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能

针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题,深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维,测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量,利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构,但其呈化学惰性,选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa,明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高,尤其是极性分量越高,中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大,这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。     

工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响

以甲烷(CH4)为碳源先驱体,以三维针刺碳纤维预制体为沉积基体,研究了化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)工艺过程中沉积时间、沉积压力以及预制体厚度对热解碳界面层沉积厚度的影响,并在此基础上优化了在碳纤维表面制备合适厚度的热解碳界面层所需的CVD工艺参数。结果表明,针对现有反应腔体,5 mm厚碳纤维预制体试样,采用1 000℃的沉积温度,CH4流速500 ml/min,沉积时间10 h,沉积压力5 kPa,可在预制体内外碳纤维表面沉积得到厚度合适的热解碳界面层;当碳纤维预制体厚度增至10 mm,则沉积时间应延长至15 h,压力维持不变,可沉积得到合适厚度的界面层。     

碳/碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳/碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能,用化学气相沉积(CVD)法制备了T300碳纤维增强热解碳的单向碳/碳复合材料,并用特殊设计的设备测定了该材料在2000℃,2100℃高温下的断裂寿命,结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳/碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

碳／碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳／碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能，用化学气相沉积法制备了Ｔ３００碳纤维增强热解碳的单向碳／碳复合材料，并用特殊设计的设备测定了该材料在２０００℃，２１００℃高温下的断裂寿命，结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳／碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

碳纤维及碳-碳复合材料透射电镜样品制备方法

研究了碳纤维和碳-碳复合材料透射电镜样品制备技术。超薄切片法具有很多优点,并与离子轰击法进行了比较。用金刚石刀超薄切片法制备的薄膜样品电子透明度高,平行度好,而且具有清洁的表面。并对在电镜观察中识别在薄膜的制备过程中引入的假象做了分析。     

表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展

界面是处于连接增强纤维和基体之间的极其重要的微观结构,良好的界面结合能有效地传递载荷,从而提高材料的力学性能,由于碳纤维表面呈惰性,比表面积小,表面能低等缺点导致材料界面层结合强度低,因此有必要通过某种途径改善其上述缺陷.目前,改善碳纤维表面缺陷的方法是对碳纤维表面进行表面改性处理,从而提高其界面力学性能.在界面的研究中,提高其碳纤维与基体的结合强度是改善复合材料力学性能的关键.因此,对碳纤维复合材料界面结合强度的各种影响因素进行分析,综述了碳纤维增强树脂基复合材料界面构筑方法及其对复合材料力学性能的影响.     

碳／碳复合材料的特殊性与复杂性

碳/碳复合材料(CFRC)不论在其组分材料和制作工艺上,还是在结构与性能上,都存在很多特殊性与复杂性,这使得现有纤维增强复合材料的有关理论不能完满解释它的一些现象,不能全面表征它的有关性能.本文介绍了这些特殊性与复杂性,明确了进一步深入研究 CFRC 的方向.     

碳毡-碳复合材料烧蚀样品扫描电镜分析

用扫描电镜观察碳毡-碳复合材料的烧蚀样品,结果表明:预氧化PAN纤维和中强度PAN碳纤维在石墨化过程中,内部结构发生了变化;根据分析结果给出了复合后碳纤维的三维结构模型图,并对烧蚀特征进行了分析。     

碳/碳材料体积烧蚀实验研究

通过实验手段研究了体积烧蚀在材料内部造成的微结构演变情况。给出了材料微结构沿烧蚀轴线方向的分布规律。研究了体积烧蚀对碳／碳材料烧蚀性能的影响。结果表明：服役条件下碳／碳材料发生体积烧蚀会使材料内部的密度、石墨化程度等发生变化，这些微结构变化对材料整体烧蚀性能的影响存在复杂的耦合效应。体积烧蚀对碳／碳材料整体烧蚀性能的影响并不总是消极的，在一定条件下反而有利于材料烧蚀性能的提高。通过本文的研究能够有效的提高碳／碳材料的烧蚀性能理论预测的精度。     

化学气相沉积碳及其碳/碳复合材料的结构与性能

本文全面阐述了化学气相沉积(CVD)碳的形成机理、结构特征以及各种因素对其性能的影响情况。概括了以CVD碳为基体的碳/碳复合材料结构与性能的最新发展,文中引用的CVD基碳/碳复合材料的表观密度(体积密度)与其开孔率的线性关系,宏观性能与其表观密度的指数关系,不仅使人们对于CVD基碳/碳复合材料的结构与性能有了新的认识,而且对我们的科研和生产具有重大的指导意义。     

低成本炭/炭复合材料的研究进展——化学液相沉积工艺

简述了制备炭/炭复合材料的新工艺——化学液相沉积(CLD)的沉积原理。利用工业燃油作为裂解炭前驱体,炭纤维毡作为增强体,通过工艺参数控制得到低成本炭/炭复合材料。CLD工艺所得材料沉积密度1.6 g/cm3,轴向压缩强度92 MPa,等离子烧蚀率0.06 mm/s,与CVD工艺所得材料相近。与常规CVD工艺相比,CLD工艺制备的C/C复合材料在制备时间上缩短了4/5,致密速率快5倍多。所得基体裂解炭为粗糙层与光滑层结构(大部分为粗糙层结构)。基体炭与炭纤维接合界面适中,且呈洋葱状分布,从而材料具有一定韧性。     

碳纤维表面改性研究进展

文章阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中界面的粘接机理 ,介绍了碳纤维的表面结构与性能 ,重点综述了常用的碳纤维表面处理方法。     

碳纤维导热性的测试研究

介绍用激光脉冲法测量碳纤维轴向热导率的方法原理和测试结果。对碳纤维导热性与纤维微观结构的关系进行了讨论,提出了碳纤维轴向导热有定向效应的见解。讨论了碳纤维的导热性与碳纤维增强复合材料导热性之间的关系和碳纤维增强复合材料导热各向异性问题。     

Field emission performance of multiwalled carbon nanotubes for a low-power spacecraft neutraliser

Field electron emission from aligned multiwalled carbon nanotubes has been assessed to determine if the performance, defined by power consumption, lifetime and emission current, is suitable for use in spacecraft charge neutralisation for field emission electric propulsion (FEEP). Carbon nanotubes grown by chemical vapour deposition (CVD) were mounted on a dual in line chip with a macroscopic (nickel mesh) extractor electrode mounted ～1 mm above the tubes. The nanotubes’ field emission characteristics (emission currents, electron losses and operating voltage) were measured at ～10^?4 Pa. An endurance test of one sample, running at a software-controlled constant emission current lasted >1400 h, approaching the longest known FEEP thruster lifetime. The emission corresponds to a current density of ～10 mA/cm² at a voltage of 150 V. These results, implementing mature extractor-electrode geometry, indicate that carbon nanotubes have considerable potential for development as robust, low-power, long-lived electron emitters for use in space.     

单向碳／碳复合材料的蠕变内应力

用应力降落法测定单向ＰＡＮ基碳纤维Ｔ３００增加热碳基复合材料在１９００－２３５０℃蠕变内应力σ０，结果及分析表明，对单向Ｃ／Ｃ复合材料，σ０不是一个材料常数，而是温度Ｔ、初始力σｓ及结构因子Ｓ的函数，即σ０＝σ０（ｔ，σｓ，Ｓ）。     

C/C复合材料的进展

碳—碳(C/C)复合材料是用碳或石墨作基体,用碳纤维或石墨纤维增强的一种特种工程材料。它们除了具有多晶石墨的许多优点以外,还具有高强度、高刚性、尺寸稳定及良好的化学稳定性等一系列优异性能。38年来,C/C复合材料已有较大发展,它们已在航天、航空、工业、科学研究、核反应堆和生物医药等高温技术领域获得广泛的应用。     

Cf/BAS复合材料的氧化行为研究

采用热压工艺成功的合成了碳纤维／钡长石复合材料，研究了这种复合材料的氧化行为。结果表明，Ｃｆ／ＢＡＳ复合材料的氧化失重与基体微裂纹有关。基体中的微裂纹提供了氧化性气体的扩散报道从而导致高温下 严重氧化。     

风云一号气象卫星天线反射板表面粘贴铝箔的工艺

风云一号天线反射板采用碳纤维/铝蜂窝夹层结构表面粘贴铝箔的结构形式。由于铝箔、碳纤维的热膨胀系数相差悬殊 ,因此具有很大的工艺难度。进行了大量的工艺实验后 ,在工艺特点分析和工艺实验的基础上 ,采用了合理的工艺路线 ,确定用中温胶双面贴铝箔作为天线反射板的铝箔粘贴工艺 ,解决了碳纤维/铝峰窝夹层结构表面粘贴铝箔胶接层中不能有气泡存在的工艺难点 ,满足了卫星轨道条件下不鼓泡、不脱落的使用要求 ,并保证了天线反射板平面度、孔位精度高的要求     

纤维增强复合材料的界面裂纹分析

用界面裂纹接触区模型模拟界面缺陷，分析了碳纤维增强碳化硅复合材料界面裂纹尖端应力场的奇异性。由数值求解方法推导得出，减小界面缺陷尺寸或增加纤维与基体的弹性模量比，可以使该复合材料剪应力强度因子的水平值明显提高。实验结果证明了理论推导的正确性。     

针刺预制体参数对C/C复合材料力学性能的影响

通过针刺与化学气相沉积分别制备碳纤维预制体与碳基体,获得针刺C/C复合材料.研究了针刺密度、针刺深度、网胎面密度等预制体成型工艺参数对C/C复合材料力学性能的影响,并探讨了预制体体积密度与C/C复合材料力学性能关联关系.结果表明,针刺密度在20～ 50针/cm2之间时,C/C复合材料拉伸强度先增后减,而层间剪切强度一直上升;针刺深度在10～16 mm之间时,拉伸强度和层间剪切强度随针刺深度的提高而增加;网胎面密度在100～300 g/m2之间时,拉伸强度和层间剪切强度随网胎面密度的提高而降低;当只改变针刺密度、针刺深度、网胎面密度其中一个成型参数时,拉伸强度和层间剪切强度受预制体密度影响显著,预制体密度可作为预测C/C复合材料力学性能的一个宏观成型参数.