最终热处理对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响

对同一种炭/炭复合材料,经过不同温度最终热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明:随着最终热处理温度的提高,易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强,而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化;炭/炭复合材料的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高;平行纤维方向的导热系数和垂直纤维方向的导热系数均有上升。另外,试验表明:随着热处理温度的提高,炭/炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态,磨损量下降明显。在1800℃热处理的材料的失重主要是由于氧化造成的,说明1800℃的热处理温度过低,对炭/炭复合材料的各项性能无影响。     

PBO纤维复合材料的拉伸性能研究

对PBO纤维的干纱、复丝以及单向复合材料的拉伸性能进行实验测试，探讨了测试标准对PBO复丝性能的影响，采用SEM观察了PBO纤维表面形貌和复合材料拉伸破坏断口特征，并与F-12纤维相应的拉伸性能进行了对比。结果表明：PBO纤维单向复合材料比F-12纤维具有更为杰出的拉伸性能，拉伸强度比F-12高约28．3％～55．4％、拉伸模量高约80％。PBO纤维复丝性能因测试标准不同其拉伸强度和拉伸模量相差较大。SEM观察到PBO纤维表面极光滑，与树脂界面粘结差，其复合材料拉伸破坏断口呈“皮芯”抽离和纤维撕裂破环特征。     

高温处理对液相气化沉积碳/碳复合材料微观组织结构及力学性能的影响

 对用快速液相气化法制备的碳 /碳复合材料进行了石墨化处理;用 X-ray衍射技术和扫描电子显微镜对高温处理前后材料的微观组织结构及断口形貌进行了研究观察;分析了影响石墨化前后微观结构、力学性能变化及断裂失效模式的因素及机理。结果表明 :经石墨化处理后,d₀₀₂ 值降低,L_c 值升高,弯曲强度σ_f大幅度降低,层间剪切强度 ILSS升高,但随热处理温度提高,ILSS值有降低趋势。     

不同基体碳对单向C/C复合材料导热性能的影响

研究了不同基体碳结构对C/C复合材料导热性能的影响.结果表明:树脂碳与光滑层热解碳相比,树脂碳与碳纤维C2结合紧密,热处理过程中应力石墨化明显,而光滑层热解碳与碳纤维C2结合疏松,存在明显的界面裂纹,热处理过程中应力石墨化不明显.随着热处理温度的升高,树脂碳基体更有利于材料的热传导.     

PBO和芳纶纤维单丝拉伸性能影响因素分析

使用等速拉伸试验仪测试了进口和国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维的单丝力学性能,探究了不同制样条件、测试条件对有机纤维单丝拉伸性能的影响,影响因素包括拉伸速率、试样标距、纤维含湿率以及热老化温度。结果表明:试样标距由5 mm增至60 mm,4种纤维的Weibull统计强度均逐渐减小;随着拉伸速率由5 mm/min增至200 mm/min,4种纤维的Weibull强度均表现出先增大后减小的变化规律;随着吸湿率增加,进口PBO和芳纶纤维强度逐渐下降;随着老化温度升高,纤维的单丝拉伸强度下降,进口PBO和芳纶纤维在300℃热处理40 h后强度分别下降39.1%和51.6%。     

最终热处理温度对三向碳-碳材料抗热震性能的影响

本文采用抗热震因子这一指标来衡量三向碳-碳增强石墨复合材料的性能,指出最终热处理温度对材料性能的影响:提高最终两次的热处理温度,可以降低材料的线膨胀系数、拉伸强度,提高材料的抗热震因子,导热系数无明显变化。     

中间相碳微球模压高密高强碳/石墨材料的SEM研究

用中间相碳微球(MCMB)做原料，冷模压成型后再经过热处理后得到高密高强模压碳/石墨材料，考察了不同热处理温度对制品的力学性能的影响以及微观结构的变化。实验结果表明，与常规方法制备的碳/石墨材料相比，经过热处理的MCMB模压制品具有更高的力学性能。1300℃热处理后MCMB模压制品的压缩强度可以达到240．8MPa，弯曲强度达到86．1MPa。微观结构分析表明，经过900℃热处理后的制品具有极为密实的结构，虽然在更高的温度热处理后，制品表面存在着一些小孔和微裂纹，但相对于常规碳/石墨材料而言，它们是非常微小的。另外，从高倍数SEM分析表明，MCMB是比较容易石墨化的碳材料原料。     

纤维缠绕唤醒沉睡的巨人

美国三十多年来,已将新的高比强度的纤维用在纤维缠绕的导弹壳体上。近半个世纪,纤维的比强度几乎每十年都要发生几次重大的改进,从E玻璃纤维、S玻璃纤维到石墨纤维,然后是凯芙拉纤维和现在试验中的拉伸强度接近5.52GPa(800千磅/英寸~2)的IM-X系列石墨纤维。有些石墨纤维厂家预计,到下一个十     

玄武岩纤维表面涂层改性研究

采用溶胶-凝胶技术制备有机/无机纳米杂化涂层材料,通过红外光谱和原子力显微镜技术对该材料进行表征分析,结果表明合成了环氧/SiO2纳米杂化材料.采用合成的纳米杂化浆料对玄武岩纤维进行表面改性,通过纤维表面形貌、纤维复丝拉伸强度和复合材料层间剪切强度分析,研究玄武岩纤维表面涂层改性效果.试验结果表明:采用适当浓度的涂层溶液对玄武岩纤维进行表面改性可以有效的增加纤维表面粗糙度,提高纤维复丝拉伸强度,改善复合材料界面粘接强度,说明玄武岩纤维表面涂敷有机/无机纳米杂化涂层的改性方法是确实有效的.     

碳纤维高温处理过程中石墨片层堆叠的温度效应

采用二维广角X-射线衍射法(WAXD)研究了国产聚丙烯腈基碳纤维在高温处理过程中石墨片层结构的堆叠过程,分析了温度因素对于堆叠结构的影响。实验结果表明,随着热处理温度的升高,碳纤维中的类石墨片层堆叠层数不断增加,结构趋于规整致密,并且在1 900℃后堆叠速率加快。同时,通过元素分析和Raman光谱的研究,解释了堆叠速率提高的原因,随着非碳元素的脱除和碳化学结构向SP2杂化转变,结构缺陷不断减少,有利于石墨片层的堆叠。     

一种多晶石墨的拉伸蠕变行为

对一种多晶石墨材料进行了拉伸蠕变试验后,用ＲＡＭＡＮＯＲＵ１０００拉曼光谱仪对蠕变前后的试样作了分析,并用扫描电镜观察了蠕变前后试样纵向剖面的孔隙变化。结果表明：在１７００℃,０．７ＭＰａ的应力作用下多晶石墨材料不发生明显蠕变。蠕变初期可用ε－ε０＝Ａｔｎ进行描述,在不同温度和应力下ｎ值从０．４８５～０．８之间变化。在同一应力条件下,随温度提高,ｎ值增大。激光拉曼光谱仪和扫描电镜分析表明,多晶石墨蠕变后石墨化程度增加、孔隙增多、变大。     

碳/碳复合材料导热性能的研究

对碳/碳复合材料在不同温度下的导热性能进行了研究。研究发现了碳/碳复合材料的导热机理介于金属材料和非金属材料之间,既有声子导热,又有电子导热。在实验温度范围内,导热系数随温度升高而增大。随碳/碳复合材料石墨化程度的增大,晶体微观结构渐趋完整,石墨片层的有序度增加,材料的导热性能增强。对于高密度的碳/碳复合材料,因为晶粒间联通状态良好,热传导载体运动的路径畅通,所以导热系数高。碳纤维及围绕纤维生长的热解碳是热传导的有效通道,所以沿纤维增强方向的导热系数高。     

PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究

利用拉曼光谱(Raman),红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对经过KClO3/H2SO4液相改性处理的碳纤维(CF)表面结构进行了研究,并初步讨论了微观结构对碳纤维单丝力学性能的影响.结果表明:纤维表面的沟槽随改性处理时间增加逐渐加深;表面处理的刻蚀作用会使晶粒边界活性增大,石墨微晶变小;改性处理能够增加CF表面活性官能团(羧酸(-C=O)和酚羟基(-OH)),降低碳纤维表面惰性;表面处理后纤维的力学性能均有所下降,液相氧化处理60min和120min后,拉伸强度分别降低约15％和50％.     

Effect of nickel introduced by electroplating on pyrocarbon deposition of carbon-fiber preforms

In order to improve the deposition rate and microstructure of pyrocarbon, nickel was introduced by electroplating on carbon fibers and used as a catalyst during the deposition of pyrocarbon at 1000 C using methane as a precursor gas. The distribution of nickel catalyst and the microstructure of pyrocarbon were characterized by scanning electron microscopy（SEM）, energy dispersive spectroscopy（EDS）, X-ray diffraction（XRD）, and Raman micro-spectrometry. Results show that nano-sized nickel particles could be well distributed on carbon fibers and the pyrocarbon deposited catalytically had a smaller d002 value and a higher graphitization degree compared with that without catalyst. In addition, the deposition rate of pyrocarbon in each hour was measured.The deposition rate of pyrocarbon in the first hour was more than 10 times when carbon cloth substrates were doped with nickel catalysts as compared to the pure carbon cloths. The pyrocarbon gained by rapid deposition may include two parts, which are generation directly on the nickel catalyst and formation with the carbon nanofibers as crystal nucleus.     

不同处理温度对聚丙烯腈基碳纤维力学性能影响规律的研究

分析研究了聚丙烯腈基1K碳纤维在不同热处理温度下密度及力学性能变化。通过研究发现，聚丙烯腈基1K碳纤维随温度上升，拉伸强度先上升后下降，拉伸模量随温度上升而增加，密度随温度的增加而增加。总结了经过高温处理后碳纤维的拉伸强度保持率，初步分析了拉伸强度－温度变化趋势的原因。     

聚碳硅烷纤维不熔化处理的研究(Ⅰ)反应过程的增重及其动力学计算

利用TG－DTA和动力学计算方法对聚碳硅烷纤维在空气中的反应过程进行了研究,探讨了不熔化工艺条件对纤维增重及其不熔化程度的影响。结果表明,PCS纤维的氧化反应不是简单的一级反应,随着升温速率的加快,反应急剧放热,并引起进一步的化学反应,导致反应机理发生改变。升高温度或延长时间均有利于纤维的不熔化。     

BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures

SiBCN and BN/SiBCN light-leakage-proof coatings were prepared on silica optical fibers for sensing applications at high temperatures. Scanning electron microscopy was used to characterize the surface morphology and microstructure of the coated fiber. Mechanical and optical properties of the coated fiber were characterized by Raman, optical and tensile tests. Compared with the original fiber, the tensile strength of SiBCN and BN/SiBCN coated fiber show an increase of about 60% and 90% at room temperature, respectively. In addition, the tensile strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber was increased by about 42% at 700 °C. It has been found that the improvement of the strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber is related to the healing of defects and residual compressive stress in fibers. From the light transmittance performance of the coated fiber, it was found that BN/SiBCN double coating could be an ideal total reflection solution to protect silica optical fiber from light leakage during high temperature sensing operation.     

非硅氧化物的滤出及其机理探讨

 采用B核磁共振仪,激光拉曼光谱仪,隧道扫描显微镜及各种化学分析等方法,较系统地研究了沥滤温度、时间和酸液浓度对拉制的钠硼硅玻璃纤维纯度的影响。结果表明,高钝超细SiO_2,纤维可以用酸沥滤法获得;揭示了纤维中非硅氧化物沥出的规律;并初步探讨了沥滤机理,认为沥滤过程主要是B~(3+)和N~+与H~+发生交换扩散的过程。     

碳纤维表面CVD硅涂层对其性能的影响

 分析了碳纤维表面化学气相沉积Ｓｉ涂层的相结构,研究了Ｓｉ涂层对碳纤维抗氧化性能及强度的影响。结果表明：涂层中Ｓｉ元素呈非晶态分布；Ｓｉ涂层可提高碳纤维的抗氧化性能；氧化温度不同,Ｓｉ涂层碳纤维的氧化失重或增重规律也不相同。同时,Ｓｉ涂层降低了碳纤维拉伸强度,而适度空气氧化又可使Ｓｉ涂层碳纤维强度得到大幅度提高；Ｓｉ涂层碳纤维的强度随氧化温度、氧化时间的变化而改变。     

Random copolymer membrane coated PBO fibers with significantly improved interfacial adhesion for PBO fibers/cyanate ester composites

Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO) fibers possess excellent dielectric, mechanical properties and heat resistance. However, the surface of PBO fibers is smooth and highly chemical inert, resulting in poor interfacial compatibility to polymer matrix, which severely limits its wider application in high-performance fiber-reinforced resin matrix composites. In this work, random copolymers (P(S-co-BCB-co-MMA)) containing benzocyclobutene in the side-chain were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, which were then utilized to form dense random copolymer membrane on the surface of PBO fibers by thermally cross-linking at 250 °C (PBO@P fibers). Four kinds of synthesized P(S-co-BCB-co-MMA) with different number-average molar mass (M_n) were well controlled and possessed narrow dispersity. When the M_n was 32300, the surface roughness of PBO@P fibers was increased from 11 nm (PBO fibers) to 39 nm. In addition, PBO@P fibers presented the optimal interfacial compatibility with bisphenol A cyanate (BADCy) resins. And the single fiber pull-out strength of PBO@P fibers/BADCy micro-composites was 4.5 MPa, increasing by 45.2% in comparison with that of PBO fibers/BADCy micro-composites (3.1 MPa). Meantime, PBO@P fibers still retained excellent tensile strength (about 5.1 GPa). Overall, this work illustrates a simple and efficient surface functionalization method, which would provide a strong theoretical basis and technical support for controlling the surface structure & chemistry of inert substrates.