沥青族组分对C/C复合材料热物理性能的影响

以整体碳毡为预制体、两种族组分不同煤沥青为前驱体,采用常压、高压相结合的液相浸渍/炭化技术制备C/C复合材料.研究了复合材料在200～2000℃的热物理性能.结果表明,族组分影响基体碳的微观结构,从而影响材料的热物理性能.煤沥青喹啉不溶物(QI)质量分数高(7.31%),材料的石墨化度为86.29%,真密度为2.13 g/cm3,微观结构为镶嵌型和域型结构为主,并有部分的流线型结构;QI含量低(0.02%),真密度为2.22 g/cm3,其石墨化度达到91.93%,微观结构主要以流线型为主,含有极少量的镶嵌型和域型结构.QI含量越低,复合材料真密度越大,晶体微观结构渐趋完善,石墨片层的有序度增加,石墨化度越高,材料的比热容和导热性能增强,线胀系数降低.     

国外头部防热材料研制动向和碳—碳材料研究近况

美国战略核武器“民兵—Ⅲ”拟用MK12A取代MK12,MK12A头部防热材料是碳—碳复合材料。美国海军“三叉戟”的机动弹头MK500,也很可能系采用碳—碳材料作为头部防热材料。美国陆军认为反弹道导弹鼻锥经受极为苛刻严历的条件,碳—碳材料是可能满足这些条件的唯一材料。从1958年发现碳—碳材料以来,它的研制和应用已经经历了三个阶段,取得了极大进展。第一代碳—碳材料系三向正交细编碳—碳材料,增强剂大多采用高模石墨纤维,纤维排列推荐2—2—1和2—2—3,复合工艺发展趋向是先用化学气相沉积,然后浸渍、碳化、石墨化,浸渍剂趋向于用沥青。三向正交细编碳—碳材料已经克服了过去碳—碳材料所存在的严重各向异性问题。与七十年代初期3DMod3相比,机械性能与烧蚀性能等都有了显著提高与改进。     

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     

瀝青浸漬法制备三向增强的碳—碳复合材料的初步研究

一、引言石墨类材料具有优异的烧蚀性能,因此在研究高性能鼻锥材料时受到了很大的重视。但是块状石墨有一些缺点限制了它的应用,主要是:(1)机械强度不够高,(2)耐热震性较差,(3)不易做成所需尺寸的部件。用碳纤维来增强石墨,构成所谓“碳—碳复合材料”,是克服上述缺点的有效途径。制备碳—碳复合材料的工艺方法主要有     

新型碳基复合吸波材料的制备及性能研究

在聚丙烯腈(PAN)聚合液中分别加入Fe,nano-Fe和FeC2O4.2H2O,经热处理后制备了三种新型的电磁损耗型碳基复合吸波材料.通过X射线衍射仪(XRD)对复合材料分别进行物相分析,三种复合材料中,Fe元素主要以Fe3O4的形式存在.根据所测得的介电常数和磁导率比较分析了三种碳基复合材料和纯碳材料的吸波性能,结果表明加入Fe和nano-Fe制备的碳基复合材料有效改善了纯碳材料的输入波阻抗匹配程度,提高了微波吸收性能.结果表明,加入Fe和nano-Fe制备的碳基复合材料,涂层厚度分别为1.9和2.2mm时,在12.7～ 18GHz频段内,反射损失值都小于- 10dB,有效吸收带宽为5.3GHz.涂层厚度均增至2.5mm,最小反射损失值分别达到- 46和- 29.8dB,有效改善了纯碳基体输入波阻抗匹配程度,提高了微波吸收性能.     

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。     

掺杂硅再结晶石墨微观结构及其性能的研究

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、硅粉作添加剂 ,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂硅再结晶石墨。考察了不同质量配比的添加硅对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗弯强度的影响以及微观结构的变化。结果表明 :与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较 ,掺杂硅再结晶石墨的导热导电性能均有较明显的提高 ,而力学性能却有所降低。与纯石墨材料相比较 ,当硅掺杂量为 4wt%时 ,再结晶石墨电阻率可降低 2 5 % ;而当硅掺杂量超过 4wt%时 ,对再结晶石墨的电阻率影响不大。室温下 ,RG-Si-6再结晶石墨的层面方向热导率可达 3 2 5 W/ (m·K)。微观结构分析表明 ,随着硅掺杂量的增加 ,石墨微晶的石墨化度以及微晶尺寸均增大 ,晶面层间距 d0 0 2 降低。原料中掺杂硅量为 6wt%时 ,再结晶石墨的石墨化度为 94.3 % ,微晶参数 La/为 1 94nm。 XRD分析表明 ,硅元素在再结晶石墨中以 α-Si C的形式存在。硅对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用碳化物分解机理来解释     

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。     

单向Ｃ／Ｃ复合材料中碳纤维和热解碳微结构的ＸＲＤ法分析

为了研究单向C/C复合材料中碳纤维和热解碳的微结构特征,采用X射线衍射仪对T300碳纤维/热解碳单向复合材料进行了表征,并通过XRD谱峰的分峰处理和复合材料衍射峰与碳纤维衍射峰的峰减处理分析了碳纤维和热解碳的微结构特征.研究发现,分峰处理可以有效地将复合材料衍射峰中反映碳纤维和热解碳结构的衍射信号分离,结合对它们衍射峰的特征参数分别进行分析,可以得到碳纤维和热解碳的微晶参数.通过对比复合材料中碳纤维与自由态碳纤维的微晶参数可以发现,由于复合材料中碳纤维经受应力石墨化作用,复合态碳纤维的结构比自由态碳纤维更易于向类石墨结构发育;峰减处理法对于分析002衍射峰比较有效,获得的热解碳的d002和Lc与分峰处理获得的数据相当,但由于10峰受背景峰信号的影响较大,峰减处理法对10峰的分析存在较大误差,获得的La与分峰处理获得的数据偏差较大.     

碳-碳材料抗氧化涂层

碳-碳和石墨等碳基材料具有重量轻,高温(1200—1800℃)机械性能好,抗热震等优点,但当温度高于480℃时,这些材料在空气中会很快发生氧化,所以必须涂覆抗氧化涂层。大多数抗氧化涂层采用化学气相沉积(CVD)工艺制得,因此,为了得到抗氧化的碳化硅表面层,必须有专门的沉积设备。     

X 射线衍射全谱拟合定量分析方法研究

利用X射线衍射仪对不同配比的Si和TiO2样品进行分析,通过三种定量分析方法(峰高法、积分强度法、全谱结构拟合法)进行计算,并进行误差分析。结果表明:三种定量分析方法中,全谱结构拟合法最优,相对误差为±2%(n=3),误差最小。X射线衍射全谱拟合法是一种精确,快速的定量方法。     

温度对溶剂热改性C/C复合材料显微结构和氧化性能的影响

以硼酸三正丁酯、乙酸、B2O3粉体为原料,无水乙醇为溶剂,采用一种新颖的溶胶/凝胶结合溶剂热法对C/C复合材料基体进行了抗氧化改性.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对改性后试样进行了表征.重点研究了溶剂热反应温度对改性后试样的物相组成、微观结构和氧化性能的影响.结果表明:经过溶剂热改性处理后,C/C复合材料表面缺陷被玻璃相B2O3组成的涂层所覆盖,材料内部一部分孔隙也被B2O3相填充,且随着溶剂热温度的上升,试样表面的微裂纹逐渐消失,B2O3涂层的致密度上升;C/C基体的抗氧化性能随着溶剂热改性温度(范围353～433 K)的升高而提高;经433 K溶剂热改性后的C/C复合材料在873 K的空气中氧化16 h后的质量损失仅为4.09％.     

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.     

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。     

C/C复合材料的压缩强度分布与可靠性评估

针对碳/碳（C/C）复合材料力学性能离散的特点,开展穿刺C/C复合材料压缩强度分布与可靠性评估研究。首先通过残差分析确定用于强度分布分析的样本数量,然后通过线性回归分析获得两参数Weibull分布、正态分布及对数正态分布模型的参数,进而探究穿刺C/C复合材料的压缩强度分布规律,最后通过Kolmogorov-Smirnov检验、Anderson-Darling检验和极大似然方法对3种强度分布模型进行拟合优度检验。结果表明：用于获得穿刺C/C复合材料压缩强度分布的最少样本数量应不少于30;Weibull分布、正态分布和对数正态分布模型均可表征穿刺C/C复合材料的压缩强度分布,其中Weibull分布的拟合优度最高;基于强度分布模型可得到不同可靠度所对应的穿刺C/C复合材料的设计强度参考值。     

Preparation of SiC_p/Al_2O_3-Al Composites by Directed Metal Oxidation

SiCp/Al2O3-Al composites were synthesized by means of direct metal oxidation method. The composition and microstructures of the composites were investigated using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and metallurgical microscope. The effects of technical parameters on the properties of the product were analyzed. The results indicate that the composite possesses a dense microstructure, composed of three interpenetrated phases. Of them, SiO2 layer prohibits the powdering of the composites; Mg promotes the wetting and infiltration of the system and Si restricts the interfacial reaction while improving the wetting ability between reinforcement and matrix.     

碳/碳复合材料表面纳米HAp/壳聚糖生物复合涂层的制备

以声化学法合成的纳米羟基磷灰石(HAp)为起始原料,以异丙醇作为分散介质,采用水热电泳沉积法在经壳聚糖(CS)溶液改性后的碳/碳复合材料(C/C)表面沉积纳米HAp/CS生物复合涂层.重点研究了水热条件下沉积电压对复合涂层的晶相组成、形貌和结构的影响规律.采用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所制备的涂层进行表征.结果表明:随着沉积电压的升高,涂层更加致密和均匀;同时水热环境有利于纳米HAp晶粒的生长,制备出的HAp/CS复合涂层不需要后续热处理.     

激光烧结Al_2O_3-TiO_2陶瓷复合材料组织结构研究

利用冷等静压激光烧结复合技术制备了Al2O3-TiO2陶瓷块体。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对烧结块体的微观形貌和成分进行了分析。结果表明,利用上述方法制备的Al2O3-TiO2陶瓷没有明显的裂纹及微孔,块体的致密度高。陶瓷块体表面由互相交错的柱状晶组成,有利于防止沿晶断裂;而涂层的横截面呈典型的等轴晶结构,这种结构具有很高的韧性和强度,大大提高了陶瓷的性能。同时,探讨了激光与陶瓷材料相互作用及致密化过程,为以后的研究工作打下基础。     

Q/ZHFC 复合材料无损检测标准浅析

Q/ZHFC复合材料无损检测标准是在数十年的持续研究,经过不断修订完善后,自主形成的首套国内比较成体系的专业级复合材料无损检测标准,包括不同复合材料、不同成型工艺的复合材料结构、不同几何特征和不同缺陷检出要求的复合材料结构的无损检测标准,由通用标准、专业标准和规程/作业指导书/工艺卡三层标准构成,涵盖了复合材料无损检测涉及的“人、机、料、法、环、测”各个关键技术要素,为行业内外复合材料的无损检测提供了较为全面的标准和应用支撑。     

Feasibility study of thermo-compensated resistance brazing welding of C/C composites and T2 copper with AgCuTi filler metal

The dissimilar materials joining of C/C composites to T2 copper were performed successfully by thermo-compensated Resistance Brazing Welding (RBW) with AgCuTi filler powder. The interfacial microstructure, phase composition, and shear strength of the resistance brazed joints were investigated by the relevant analysis method. Experiment results indicated that the order affecting the shear strength of the C/C-Cu joint was welding current, welding pressure, and welding time in turn. The shear strength of backward thermo-compensated RBW was higher than that of forward thermo-compensated RBW due to the Peltier effect. The maximum shear strength of the C/C-Cu joint was 11.56 MPa in the optimized welding parameter with welding current of 8.0 kA, welding time of 60 ms, and welding pressure of 0.10 MPa by backward thermo-compensated RBW. The interface structure at the resistance brazed joint with this welding parameter was C/C composites/TiC/Cu (s.s)/T2 copper. The TiC phase was verified at the interface of the brazed joint by Scanning Electron Microscope (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectrometer (EDS), and X-ray Diffraction (XRD). Considerable fractures occurred in the C/C composites and partial fracture occurred at the interfacial reaction layer.