黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

难熔金属在陶瓷基复合材料上的应用

论述了钽、铌及其合金在SiC陶瓷、Cf /SiC复合材料连接方面的应用,铱在C/C复合材料、石墨抗氧化方面的应用。指出了难熔金属在陶瓷基复合材料应用上存在的问题,并提出了解决问题的方法。     

Cf/SiC的制备及连接性、抗氧化性研究

论述了Cf/SiC常用的制备工艺和钽、铌及其合金在SiC陶瓷、Cf/SiC连接方面的应用,铱在C/C、石墨抗氧化方面的应用。指出了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用存在的问题,提出了解决的方法,展望了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用的发展方向。     

镁基复合材料研究进展及新思路

镁合金是最轻的金属结构材料,然而其强度低、塑性和耐腐蚀性能差,严重限制了其作为轻金属材料在工程领域中的广泛应用。镁基复合材料因具有比强度高、比刚度高、比模量高、质量轻等优异特性,被认为是目前提高镁合金力学性能、实现其工业化应用最具优势的途径之一。本文着重介绍了碳纳米管、石墨烯、Si C等增强镁基复合材料研究现状。从增强体分散、界面结合及其结构稳定性等方面深入分析了目前镁基复合材料存在的瓶颈;从增强体表面改性、基体合金设计、复合材料制备工艺等方面探索了镁基复合材料的设计新思路;提出了镁基复合材料的发展趋势与研究方向。     

C／SiC复合材料与CVDSiC涂层的结合性能研究

采用先驱体转化法(PIP方法)制备C/SiC陶瓷基复合材料,通过调整多孔预制件的体积密度制备出不同组分比的C/SiC复合材料。结果显示,C/SiC复合材料的热膨胀系数随着复合材料中SiC含量的增加而增加,其与CVDSiC涂层之间的热匹配也相应增加,通过CVI方法制备梯度过渡层,在C/SiC复合材料表面制备出致密度较高的CVDSiC涂层。     

HfC涂层性能研究和制备工艺

碳基复合材料（C/C、C/SiC）具有高比强度、高比模量、低密度、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐热震的优良高温力学性能,被认为是最有前景的高温结构材料之一。但碳基复合材料一般在500℃开始发生氧化,而且存在较大孔隙率,无法实现高压密封,这极大地限制了碳基复合材料应用前景。在高温高压气流冲刷环境下,超高温陶瓷基保护涂层可以有效地抑制碳基复合材料（C/C、C/SiC）中碳成分的降解,工件在极端环境下可以更加稳定地工作,延长使用寿命。其中碳化铪（HfC）的熔点高达3890℃,为已知单一化合物中熔点最高者,热导率仅为5.6 W/（m·K）,维氏硬度高达26 GPa,耐烧蚀性好,同时还具有低导热系数、低氧扩散系数、低表面蒸汽压。作为火箭喷嘴和鼻锥等极端耐热部件的抗氧化烧蚀涂层已获得应用。综述了超高温陶瓷HfC涂层材料的研究背景、基本性质、制备工艺、抗氧化/烧蚀机理和热膨胀系数（CTE）失配问题,并指出了超高温陶瓷HfC涂层材料目前存在的挑战,同时对未来的发展趋势做出了展望。     

不同纤维束下SiC陶瓷基复合材料拉伸强度及拉伸行为研究

为了探究C纤维和SiC纤维对SiC陶瓷基复合材料力学性能的影响,采用化学气相浸渗法(CVI)制备了纤维束复合材料Mini-C/SiC和Mini-SiC/SiC,测试了C纤维束、SiC纤维束、Mini-C/SiC和Mini-SiC/SiC复合材料的拉伸强度,利用两参数Weibull分布模型研究了强度分布,并观察了复合材料的断口形貌。结果表明:两参数Weibull分布可有效合理地表征强度分布,并准确地进行强度预测。Mini-C/SiC复合材料的拉伸强度高于Mini-SiC/SiC复合材料,且C纤维束和Mini-C/SiC复合材料拉伸强度的分散性低于SiC纤维束和Mini-SiC/SiC复合材料。C纤维束发生韧性断裂,SiC纤维束发生脆性断裂。当基体裂纹达到饱和状态时,Mini-C/SiC复合材料继续变形直至断裂,而Mini-SiC/SiC复合材料随即发生断裂,Mini-C/SiC复合材料的断口主要以纤维丝和纤维簇的拔出为主,而Mini-SiC/SiC复合材料的断口主要以纤维丝的拔出为主。该实验结果将为SiC陶瓷基复合材料的设计与制备提供参考与借鉴。     

C／SiC复合材料与Nb的液相渗透连接

研究了不同编织方法的C/SiC复合材料与金属Nb的连接情况。采用液相渗透连接方法以Ni基连接剂为中间层在1300℃、保温时间45min、压力20MPa、真空条件下分别对二维、三维C/SiC复合材料与金属Nb进行了连接。结果表明二维C/SiC复合材料与金属Nb不能得到较好的连接,整个连接件在由连接温度降温到室温过程中已发生脱离现象;而三维C/SiC复合材料与Nb金属连接良好。     

国外复合材料及其检测技术的发展

1988年12月航空航天部技术考察团去美国访问了三个大学、二个公司和NASA的一个研究中心.本文重点介绍所考察的单位在复合材料方面的研究动态及超声无损探伤技术的发展新动向.一、复合材料研究动态1.新颖复合材料的研究当前美国的学校与科研单位研究重点是金属基和陶瓷基复合材料.德拉华大学复合材料试验室是国家材料研究试验中心,从78年开始研究金属基复合材料,如Al+SiC晶须,Mg+C纤维等材料.普度大学宇航学院为空军研究了钛基C纤维复合材料及铝合金中间夹Kev.纤维层压板的结构材料.NASA Langley 研究中心展示了硼铝与钛用扩散焊连接的蜂窝结结构.陶瓷     

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.     

氮气对CVI碳/碳复合材料密度分布及结构的影响

在1000℃,2kPa炉压条件下,以氮气(N2)为载气和无载气情况下在化学气相渗透(CVI)炉中,采用丙烷作碳气源制备C/C复合材料,研究了载气对C/C复合材料的密度分布及基体热解碳显微结构的影响.     

弹靶作用过程中陶瓷基复合材料的表面驻留行为

为提高陶瓷基复合材料在轻质装甲结构设计中应用的可行性,研究陶瓷基复合材料在抵抗弹体撞击时的表面驻留性能,进而探索其抗弹性能,旨在丰富和完善陶瓷基复合装甲材料的抗弹机理。采用数模模拟方法对弹体撞击SiC-Al陶瓷基复合材料表面驻留过程开展了深入研究,探索了复合材料的表面驻留行为,对比分析了复合材料和陶瓷材料表面驻留过程中应力水平和损伤演化过程。结果表明:复合材料表面驻留耗能为845J,比B_4C、SiC、AD99Al_2O_3陶瓷材料分别提高约46.0%、30.2%、35.7%;完全损伤的复合材料仍具有较一般陶瓷材料更高的承载能力,延长其驻留持续时间;复合材料损伤演化形式与陶瓷材料差异较大,导致损伤耗能占总驻留耗能的比例达到23.9%,比陶瓷材料提高了2倍多。     

单向C/SiC复合材料热残余应力数值模拟研究

连续纤维增韧陶瓷基复合材料制备过程中因纤维与基体线胀系数失配会产生热残余应力,从而导致纤维脱粘、基体开裂等现象,严重影响复合材料力学性能。本文针对CVI工艺制备的单向C/SiC复合材料,建立"纤维-界面-基体"单胞物理模型,基于细观力学分析方法对热残余应力分布规律进行预测,采用ABAQUS对材料制备过程进行数值模拟,揭示了界面厚度、纤维体积分数、制备温度等参数对纤维、基体热残余应力分布的影响规律,分析了热残余应力对复合材料力学性能的影响。研究结果能够为C/SiC复合材料的设计、分析及微纳力学性能试验提供理论支持。     

我国碳纤维增强SiC基复合材料抗烧蚀改性进展研究

碳纤维增强SiC基复合材料(C/SiC)因具有耐高温、抗氧化、高比强和高比模等优点,被认为是代替高温合金作为热结构材料最有潜力的备选材料之一。由于碳纤维抗氧化性能差以及SiC基体在超高温烧蚀环境下氧化产物易挥发等问题,需要对C/SiC复合材料进行抗烧蚀改性。目前,针对C/SiC复合材料抗烧蚀改性的途径主要有优化碳纤维预制体结构和增加复合材料的致密度、采用超高温陶瓷改性SiC基体以及在复合材料表面制备抗烧蚀涂层。综述了国内关于C/SiC复合材料抗烧蚀改性的研究工作,同时提出了抗烧蚀改性制备工艺过程中面临的关键问题,为C/SiC复合材料抗烧蚀改性研究提供了思路。     

碳基复合材料超高温热化学烧蚀过程的数值模拟

对超高温热化学烧蚀的计算方法进行了研究,对碳基复合材料在不同环境下热化学烧蚀过程进行了数值模拟,对烧蚀产物进行了计算.计算表明,碳基复合材料在烧蚀过程中依次出现氧化、升华过程.10atm下,氧化、升华过程交替温度为330K.压力升高,交替温度也依次升高.氧化产物为CO,而升华产物依次为C3、C1.在3300K以下,烧蚀主反应为2C O2→2CO.在3300K以上,烧蚀主反应为:2C O2→2CO,2C N2→2CN,i(C)→Ci(g)i=1,3.并用哈尔滨工业大学研制的"星形"等离子发生器及国产的等离子体火炬进行了碳基复合材料烧蚀实验.实验光谱检测结果与超高温热化学烧蚀计算的烧蚀产物一致,验证了超高温热化学烧蚀计算的正确性.     

激光全息术测量C/ C 复合材料泊松比

根据激光全息术的基本原理,利用CCD分别记录C/C复合材料试样弯曲状态变化前后的全息图,分析材料弯曲应力状态下表面的干涉条纹图样,通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角,求出C/C复合材料的泊松比.试验证明该方法简单易行,数据可靠,是一种有效测量C/C材料泊松比的方法,激光全息术测得轴棒法C/C材料、针刺C/C材料、毡基C/C材料泊松比分别为0.196、0.183、0.040.     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

航天睿特碳材料有限公司

正航天睿特碳材料有限公司是航天材料及工艺研究所控股的高科技公司。公司成立于2012年,注册资金1.5亿元,主营业务为碳纤维增强碳基、碳纤维增强陶瓷基复合材料制品及特种石墨制品等研发、生产与服务。主要产品类型包括太阳能光伏热场材料制品(盖板、顶板、保温板、坩埚、发热体等),核电用陶瓷材料(石墨吸收球、碳化硼芯块、高纯石墨等),C/C复合材料飞机刹车盘等。     

ZrB2 改性C/ C-SiC 复合材料性能研究

采用碳纤维复合网胎针刺预制体,通过溶液浸渍工艺制备了碳纤维增强C/C-SiC和C/C-SiC-ZrB2陶瓷基复合材料,并对材料的力学、热物理和烧蚀性能进行了分析对比。结果表明:针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料的面内弯曲强度、厚度方向的压缩强度、层间剪切强度分别为199、274和19.3 MPa,各性能均低于对应的针刺C/C-SiC复合材料。针刺C/C-SiC-ZrB2材料与针刺C/C-SiC材料相比,热导率得到大幅度提高,而线胀系数略微有所降低。2 500 K、600 s风洞试验后,针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,质量烧蚀率约0.4×10-4g/s。     

大直径C/C开口弹性密封环的加工技术

C/C复合材料(Carbon/Carbon Composites)即碳纤维增强碳基复合材料,是由基体碳和一维或二维的增强碳纤维组成,其制备过程是将基体碳充填到碳纤维预制体中[1]. C/C复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、大热容、良好的导热性能、优异的摩擦磨损性能以及良好的可设计性,已成功地应用于火箭喷管喉衬、涡轮叶片、导弹端头帽、刹车片等航空航天领域[2].航空发动机轴间密封材料要求具有良好的热性能、低而稳定的摩擦系数以及高速旋转产生的巨大离心力所需的高强度,这使得C/C复合材料成为首选轴间密封材料[3].