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。     

碳化温度对C/C复合材料微观结构及热性能的影响

采用CVI PIC工艺制备了四种碳毡增强碳基复合材料(C/C), 其中对三种样品A、B、C在2 500℃进行了一次石墨化处理,样品D未进行石墨化处理。为与900℃碳化对比,研究了1 500℃碳化对复合材料微观结构及热性能的影响。结果表明:碳化温度由900℃提高到1 500℃后,样品A的开孔率下降11. 6% ~13. 5%, 1 000℃的xy向线膨胀系数由1. 75×10-6 /K增大到2. 17×10-6 /K; xy向和z向的800℃热导率分别由65. 07W/(m·K)、45. 98W/(m·K)增大到75. 44W/(m·K)、54. 86W/(m·K);xy向和z向的比热容分别由1. 70kJ/(kg·K)、1. 43kJ/(kg·K)增大到1. 79kJ/(kg·K)、2. 19kJ/(kg·K)。样品B和样品C也表现出基本相同的趋势;随着碳化温度由900℃提高到1 500℃,样品D中微晶尺寸由2nm增大到4nm。     

ZrO2对C/Al2O3陶瓷多功能复合材料性能的影响

采用基体改性的方法,向AlCl3溶胶中添加ZrO2粉,制得含ZrO2的C/Al2O3复合材料,探讨了添加ZrO2对C/Al2O3多功能复合材料性能的影响.结果表明添加少量的ZrO2,可产生基体的相变及在基体内产生微裂纹,这可改善C/Al2O3陶瓷基体间界面性能,提高材料强度,降低材料热导率.同时对ZrO2添加量进行了优化处理,最终确定ZrO2的最佳含量为1%(质量分数),使材料强度值提高39%,材料热导率降低至0.902 W/(m·K)以下.     

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.     

针刺C/C复合材料高温力学性能

文摘采用材料超高温力学性能设备及高温应变测试系统,对针刺C/C复合材料拉伸、压缩性能进行了研究。结果表明:针刺C/C复合材料具有明显的拉、压双模量特性,拉、压模量均随着温度的升高而线性下降,且拉伸模量下降更快;针刺C/C复合材料拉伸、压缩强度均随温度升高而先升高后降低,1 600℃时拉伸强度达到最大值,1 200℃时压缩强度达到最大值;其拉伸破坏为脆性断裂,断口呈现45°豁口;其压缩破坏为典型剪应力引起的压缩失效,破坏面倾角为40°~50°。     

液相浸渍法制备针刺C/C复合材料

以T300无纬布与PAN碳纤维网胎叠层针刺预制体,高温煤沥青为浸渍剂,采用和高压浸渍炭化相结合的液相浸溃方式制备C/C复合材料.通过对材料力学、热物理性能测试及扫描电镜下显微结构的观察分析.可以得出,引入z向网胎纤维,使材料的z向剪切及压缩、x-y向拉伸及弯曲强度较整体毡C/C材料提高.同时,材料的线胀系数表现为各向异性,而热导率各向异性程度低于整体毡C/C材料,材料的制备周期缩短.     

C/C复合材料比热容和热扩散率的研究

研究了C/C复合材料的比热容、热扩散率及其影响因素。研究表明,C/C复合材料的比热容随着温度的升高而增大,在1 300 K时比热容达到最大值1.8 kJ/(kg.K),之后随着温度的升高,比热容保持恒定;C/C复合材料的热扩散率随着温度的升高而降低,碳纤维的取向与热传导方向一致时热扩散率最高;石墨化度高,热扩散率高;C/C复合材料的热扩散率随着材料密度的增加而增大。     

模拟空间服役环境下低温共烧陶瓷材料特性评价

从航天器产品空间可靠性要求的角度出发,提出了低温共烧陶瓷（LTCC）材料在模拟空间服役环境下材料特性评价的方法,主要包括大温域、温度循环、辐照等试验的条件及试验后力/热性能及电性能评价方法,采用该方法对某国产LTCC材料进行了评价。结果表明,在大温域试验条件下,热导率从-65 ℃时的4.77 W/（m·K）下降到了175 ℃时的2.89 W/（m·K）,弯曲强度从-65 ℃时的445 MPa下降到了0 ℃时的310 MPa并稳定在了310 MPa左右,热膨胀系数虽随温度的升高而增大,但随温度的变化趋势与同类进口材料基本一致,而在温度循环及模拟空间环境辐照试验条件下,各考核项目均变化不大,表明其性能基本可以满足宇航应用的可靠性要求,该研究成果可为LTCC材料的宇航应用提供技术指导。     

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.     

2．5DC／SiC复合材料的热物理性能

分别采用热膨胀仪和激光脉冲导热仪测试2.5D C/SiC复合材料从室温到1400℃纵向、横向的热膨胀系数和厚度方向的热扩散系数.结果表明,2.5D C/SiC复合材料的热膨胀系数随温度的升高而缓慢升高,在350℃和700℃附近出现波动,且横向的热膨胀系数略高于纵向.热扩散系数随温度的升高逐渐降低,且下降速率随温度的升高而变缓.CVD SiC涂层后,材料热扩散系数提高1～2倍.     

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。     

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     

碳纳米管用于聚合物基复合材料健康监测的研究进展

碳纳米管因其优异的机电特性,在聚合物基复合材料的健康监测方面具有广泛的应用前景。综述聚合物基复合材料中碳纳米管传感的最新进展:碳纳米管与树脂共混、碳纳米管涂层纤维、碳纳米线和碳纳米纸。利用碳纳米管传感网络来监测结构应变损伤是不同碳纳米管传感的核心原理。碳纳米纸可以解决碳纳米管与树脂共混时的难分散、碳纳米管涂层纤维的协同变形和碳纳米线的全结构监测等问题,为碳纳米管传感工程化应用提供了条件。实现碳纳米管传感在聚合物基复合材料健康监测领域的工程化应用是未来的发展方向。     

碳纳米管有序增强体及其复合材料研究进展

碳纳米管(CNT)是迄今为止力学性能最高的轻质材料之一,同时兼具优异的导电性和导热性,作为新一代高性能增强材料具有难以估量的发展潜力。特别是以连续碳纳米管纤维和碳纳米管膜为代表与树脂复合制得的连续碳纳米管复合材料,被公认为是具有划时代意义的第3代先进复合材料。本文围绕连续碳纳米管纤维、碳纳米管膜及其与树脂复合形成的复合材料,介绍其制备方法、控制技术、结构特点、力学与功能特性等国内外研究进展,揭示了碳纳米管有序增强体中独特的多级结构特征与多级复合强化机制,阐述了该复合材料应用特色,并展望其应用前景与潜能,以期为碳纳米管纤维复合材料革新未来航空航天超轻结构的多功能化设计与研究提供参考。     

碳/碳复合摩擦材料制备新工艺研究

研究了用新工艺快速定向流动法化学气相沉积碳 /碳复合摩擦材料的制备工艺。对总体方案进行了分析 ,确定了最优工艺参数 ,所得制品具有良好的摩擦磨损性能。并探索了沉积温度、炉压、气体流量等工艺参数及石墨化处理工艺对制备工艺和材料性能的影响     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their microwave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black （ε＇, ε＂=Av2＋Bv＋C） and the complex dielectric constants show an obvious frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values （tanδ）of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the dielectric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their micro-wave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black (ε′, ε″=Av2 Bv C) and the complex dielectric constants show an obvi-ous frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values (tanδ) of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the di-electric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

预制体结构和热解碳组织对二维碳/碳复合材料热物理性能影响

制备了针刺毡、短纤维树脂模压、碳布叠层 3种预制体 ,其碳纤维体积含量均为 4 0 %。采用化学气相沉积工艺制备了 4种C/C复合材料 :针刺毡 粗糙体热解碳 (具有两种定向热解碳组织 )、短纤维 树脂和热解碳、碳布 光滑体热解碳复合材料 ,对其进行 2 5 0 0℃保温 2h的高温热处理。在 0～ 90 0℃ ,研究了预制体结构和热解碳组织对二维C/C复合材料的热膨胀系数、比热容、热扩散率、导热系数等热物理性能影响。研究发现 :预制体和热解碳结构对C/C复合材料热物理性能有强烈影响。 0～ 90 0℃ ,4种材料的热膨胀系数都非常小 ,与温度近似的成线性关系 ,且几乎具有相同的斜率 ,在一定条件下 ,其值呈现负热膨胀性质 ;0～ 90 0℃ ,4种材料都有高的导热系数 ,但作为温度的函数 ,其值随预制体结构、热解碳组织和传热方向而变化 ,x y向的导热系数 (2 5 .6～1 74W / (m·℃ ) )比z向的 (3.5～ 5 0W / (m·℃ ) )高几倍     

炭/炭复合材料快速制备工艺研究进展

综合评述国内外研制的几种快速制备工艺:快速定向流动CVI工艺、压力强制流CVI工艺、复合感应加热热梯度CVI工艺、液相气化CVI工艺和直热CVI工艺等,阐述了其快速制备炭/炭复合材料的工艺原理和主要研究成果,并分析了目前炭/炭复合材料快速制备工艺研究中存在的问题及发展趋势。