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%。     

致密化工艺对针刺无纬布C/ C 复合材料性能的影响

比较了两种不同工艺制备的针刺无纬布C/C复合材料。研究表明,在沥青浸渍/碳化之前对针刺预制体进行CVI预增密处理后,其C/C复合材料轴向拉伸强度提高了234%,层剪强度提高了126%;热扩散率明显升高,轴向线胀系数下降,表现出良好的综合性能。     

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.     

C/C-Cu 复合材料的弯曲性能

以碳纤维针刺毡为整体骨架,采用CVI工艺制备出不同密度的C/C复合材料,然后用挤压铸造成型方法制备了C/C-Cu复合材料。并对不同组分的C/C-Cu以及C/C复合材料的弯曲性能进行了研究,结果表明:密度为4.59 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度高于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,并且具有一定的塑性,铜基体发挥了增韧增强的作用;密度为2.04 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度低于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,且没有塑性出现,铜基体分散未发挥增强作用。     

C/ C-PAA 与C/ C-FA 弯曲性能对比

通过PIP工艺制备了C/C-PAA、C/C-FA复合材料,对PAA、FA裂解碳的XRD、浸渍效果以及C/C-PAA和C/C-FA的弯曲强度进行了分析.结果表明:PAA裂解碳的炭质量、浸渍效果较好,C/C-PAA弯曲强度比C/C-FA弯曲强度高34.9％,弯曲模量对比不明显.     

C/C-ZrC复合材料的制备及结构性能研究

采用针刺及细编穿刺结构分别引入热解碳和沥青碳的多孔C/C坯体,通过反应熔渗工艺（RMI）与熔融金属Zr反应制备了C/C-ZrC复合材料。研究了预制体结构和基体碳类型对C/C-ZrC复合材料微观结构及力学性能的影响。结果表明：材料熔渗后只由C,ZrC两相组成,孔隙率5%~10%,ZrC质量分数53%~63%。针刺结构的C/C坯体熔渗效果更好,制得的C/C-ZrC复合材料密度最高达到3.21 g/cm³;ZrC质量分数达到62.8%。热解碳基体在熔渗过程中对纤维保护作用更好,C/C-ZrC复合材料的弯曲强度达到148 MPa,压缩强度达到408 MPa。     

三维四向C/C复合材料高温氧化环境力学试验

为了研究三维编织C/C复合材料高温氧化环境下的力学性能,在大气环境下开展了有、无抗氧化涂层三维四向C/C复合材料平板试验件700℃时的拉伸试验和拉/拉疲劳试验。拉伸试验结果表明:无涂层三维四向C/C复合材料在700℃保温1h和2h后,强度分别下降至有涂层的70.33%和44.57%,弹性模量分别下降至有涂层的58.57%和38.99%,氧化后的总拉伸应变比有涂层的大幅度提升,材料破坏时无刚度突降现象。疲劳试验结果表明:有涂层三维四向C/C复合材料的剩余刚度先增加,而后保持,最后突降,应力水平为83%经10~5循环后剩余强度比初始强度提高了19.75%;无涂层三维四向C/C复合材料的剩余刚度先增加后降低,直至材料完全破坏,应力水平为75%经10~5循环后剩余强度比初始强度降低了20.40%。     

一种制备C/C复合材料的高效等温ICVI工艺

将传统的负压等温化学气相渗透(ICVI)工艺加以改进,在常压条件下以丙烯为气态前驱体,氮气为稀释气体,通过定向扩散和控制滞留时间,经 100h沉积后制备出密度为 1 72g/cm3 的 C/C复合材料。该方法克服了传统等温CVI工艺致密化速率较慢的问题,提高了致密化效率,有利于降低C/C复合材料的制备成本。     

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.     

C/SiC复合材料在典型模拟环境下高温拉伸性能研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备的C/SiC复合材料为对象,研究了C/SiC复合材料在典型模拟环境下的高温拉伸性能,首次获得了约3 000 s时间不同变状态条件下材料的高温拉伸性能数据,探讨了不同条件下C/SiC复合材料高温承载行为及其变化规律。研究结果表明,C/SiC复合材料经历约3 000 s复杂阶梯热环境后拉伸强度仍保持60%左右;经历大温度梯度热震后,C/SiC复合材料的高温拉伸性能保持率反而提高,最高保持率超过80%;热震温差越大,热震后保温时间越长,对材料的高温拉伸性能保持和提高越有利。     

碳纤维表面状态对C/C复合材料性能影响的研究

用两种经高温处理的碳纤维织物,以酚醛树脂作为基体先驱体,制备了二维C／C复合材料。通过扫描电镜（SEM）,X－射线光电子能谱（XPS）研究了两种碳纤维（TCF和JCF）的表面状态,测试了C／C复合材料（TCC和JCC）的层间剪切强度,拉伸性能,SEM观察表明,TCF及JCF表面都有沟槽,但TCF横断面呈腰子形非圆形,XPS分析表明TCF表面含氧官能团数量多,力学测试结果为：TCC层间剪切强度（ILSS）高于JCC,达到16．1MPa;TCC拉伸强度,模量均高于JCC,而JCC断裂延伸率达1．1％,是TCC的3倍,拉伸断口SEM分析表明,TCC断口平整,无纤维拔出,呈脆断,JCC断口有纤维拨出,是纤维控制的多层基体断裂。     

碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响

用浇铸成型法制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料，研究了其力学性能，并探讨了该材料的微观结构与性能之间的关系。结果表明，碳纳米管对环氧树脂具有明显增强增韧作用。在碳纳米管加入量为3.0％(质量分数)时，复合材料的综合性能较好，拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率较纯树脂分别提高了90％-100％、60％-70％、150％-200％。     

碳/碳销钉研究

碳纤维由混编,软编制成预制体,后经致密化制成C／C销钉复合材料,讨论了编织方法,复合工艺,界面,加工性等影响C／C销钉的因素,高压碳化沥青碳基体与碳纤维界面结合强;纤维体积分数对碳销钉的强度起决定性作用,软编C／C销钉可机加性好,带轴纱4向软编C／C销钉的纤维含量高,剪切强度高达63．7MPa。     

碳纤维/环氧树脂复合材料微波固化试验

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环试样进行固化试验研究。通过开展力学性能测试、电镜扫描及CT扫描,对比分析了热固化与微波固化试样宏观力学性能及微细观形态。结果表明:微波固化与热固化的固化机理不同,微波固化提高了固化反应速率,固化周期缩短了57%;微波固化试样的拉伸强度和层间剪切强度与热固化试样基本相当,但微波固化试样力学性能离散系数更小,碳纤维表面有更多的树脂基体粘附,这是由于微波固化的选择性加热造成的;微波固化试样孔隙率为0.78%～1.05%,稍低于热固化试样。     

三维混杂碳纤维/芳纶纤维增强尼龙复合材料力学性能研究

制备了三维混杂碳纤维／芳纶纤维增强尼龙复合材料(HY／PA)并对其力学性能进行了测试。研究表明：由于芳纶纤维的加入，使碳纤维增强尼龙复合材料(CF／PA)的抗冲击性能有了显著提高，HY／PA的抗冲击强度随芳纶纤维体积分数的增大而有所提高；另外，HY／PA在改善CF／PA的横向剪切强度的同时，也改善了芳纶纤维增强尼龙复合材料(KF／PA)的纵向剪切强度；同时，混杂效应对HY／PA的弯曲性能的影响最为显著，HY／PA的弯曲强度、弯曲模量均高于任一种单一纤维复合材料。     

Investigations on damage resistance of carbon fiber composite panels toughened using veils

This research focused on how to improve damage resistance of carbon fiber laminates. It was carried out at Cranfield University Composites Centre, Milton Keynes, UK as an MSc by research thesis project. A series of low-cost composite laminates, with or without novel veils provided by Tenax, was manufactured using current aircraft carbon fiber preforms via vacuum infusion (VI) molding in this research. All the investigations on damage resistance of these panels were carried out according to the British Standard (BS ISO 18353:2009). Initial damage was induced using a falling weight apparatus mounting a 16 mm hemispherical tip. C-scan and Micrograph were employed to reveal damage characteristics. Finally, both compression after impact (CAI) and plain compression strength were experimented. The behaviors of these panels, including damage size, damage construction, residual compression strength, and compression strength reduction, were utilized to investigate how and to what extent the veils affected the damage resistance. The results show that using veils is an efficient method of improving the damage resistance of the laminates studied. Maximum 32% increase in residual compression strength is achieved via veils accompanying with 7% increase in cost.     

碳纤维沥青裂解碳涂层研究

研究了沥青裂解法在碳纤维表面涂覆均匀碳涂层的工艺,并探讨了不同溶剂,不同浓度的涂层溶液对纤维表面形貌和纤维强度的影响。     

酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能

为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0. 3 g/cm^3,压缩强度达到了11. 7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600℃)的导热性能,25℃下热导率为0. 141 W/(m·K),600℃下热导率为0. 344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0. 031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。     

黏结剂含量对碳基材料性能和结构的影响

以沥青焦、炭黑、人造石墨粉为骨料,以硫改性沥青为黏结剂,通过浆涂混合冷压炭化工艺,制备了一系列碳基体材料.考察了黏结剂含量对碳材料的物理性能和微观结构的影响.结果表明,碳材料的物理性能和微观结构与黏结剂含量有重要的关系;随黏结剂含量的增加,材料的密度和强度呈增大的趋势,而开孔率则逐渐下降;当黏结剂质量分数为44%时,材料的弯曲强度和压缩强度分别达到42.6 MPa和187 MPa;当黏结剂质量分数超过44%时,材料在炭化过程中破裂.这些变化可归因于黏结剂与骨料颗粒在热混捏和炭化过程中的相互作用机理.