真空铸造高强度C／Mg复合材料

本文介绍用真空铸造法制造抗拉强度超过１０００ＭＰａ的高强度Ｃ／Ｍｇ复合材料。将Ｔ３００纤维经Ｃ－Ｓｉ－Ｏ梯度涂层处理后单向排布于型腔内，在真空下注入ＺＭ—５合金液，凝固后即得Ｃ／Ｍｇ复合材料零件或试样。试样的抗拉强度在纤维体积分数为０．３５时达１０５０ＭＰａ。本文讨论Ｃ－Ｓｉ－Ｏ梯度涂层对获得高强度复合材料的作用。     

DBM-g-PE与PVC的相互作用研究EI

采用固相接枝法制备了ＤＢＭ－ｇ－ＰＥ，用红外光谱分析证明了接枝物确实存在。ＰＶＣ／ＣＰＥ＝１００／５合金性能测定结果表明，添加５份接枝物的合金（Ａ），缺口冲击强度、拉伸强度分别为１８．２ｋＪ／ｍ２和５３．０ＭＰａ；而添加５份ＰＥ的合金（Ｂ），其相应性能为５．１ｋＪ／ｍ２和３３．８ＭＰａ。不加接枝物的合金（Ｃ），虽有高韧性，但拉伸强度却由５３．０ＭＰａ降至５０．２ＭＰａ。ＤＳＣ、ＳＥＭ的结果均表明，ＰＥ接枝ＤＢＭ后与ＰＶＣ的相互作用增强，与ＣＰＥ协同作用能增韧、增强ＰＶＣ，并探讨了其机理。     

炭布铺层2D炭/炭复合材料研究

采用预浸炭布铺层制作炭／酚醛树脂基层合板,后经炭化、致密制备了二维炭／炭复合材料（２Ｄ－Ｃ／Ｃ）,检测了其工艺过程中的尺寸变化,测试了力学、导热、热膨胀、高等离子烧蚀性能。结果表明,２Ｄ－Ｃ／Ｃ在工艺过程中Ｚ向有明显的收缩现象,炭化收缩率达６．９９％,石墨化收缩率达５．５５％。２Ｄ－Ｃ／Ｃ的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）大于１２．６ＭＰａ,拉伸强度大于１３３．７ＭＰａ,位伸模量大于５８．６ＧＰａ,压缩强     

液相法制备碳－碳Si－Mo防氧化涂层

用液相法制备出Ｓｉ－Ｍｏ涂层防氧化Ｃ／Ｃ，并对Ｓｉ－Ｍｏ涂层的防氧化性能进行了测试。结果表明，Ｓｔ－Ｍｏ是一种性能优良的Ｃ／Ｃ防氧化涂层，可以在１６５０℃下工作１０小时以上。同时对氧化前后涂层的裂纹形貌进行了分析。     

莫来石／SiC薄型棚板材料的研究

以ＳｉＣ为基料，用工业氧化铝、超细氧化硅合成莫来石，加少量添加剂并经混料、压制、烧结，得到试样，其密度最高可达２．５８ｇ／ｃｍ＾２，抗折强度达４４．２５ＭＰａ，耐压强度可达８１．６６９ＭＰａ，热震后的残余强度率为４５．６３９％。制成的棚板经工厂试用，在低于１３００℃的窑具炉中使用超过１００次不开裂。     

碳纤维表面涂碳及涂碳后纤维强度测定

用４－甲氧基苯酚经醚化、氯甲基化、消除反应合成出不熔但可溶的聚（２－甲氧基－５－辛氧基）对亚苯基亚乙烯（ＰＭＯＯＯＰＶ）。用ＰＭＯＯＯＰＶ的ＣＨＣｌ３溶液浸涂碳纤维（ＣＦ）,然后在７７３Ｋ碳化,得到亮黑色且分散性很好的涂碳ＣＦ。单纤维平均拉伸强度（σ）测定结果表明,与未涂碳的ＣＦ（σ＝２９７７．８ＭＰａ）相比较,用０．１％ＰＭＯＯＯＰＶ浸涂的ＣＦσ＝３９０８．２ＭＰａ,用０．２％ＰＭＯＯＯＰＶ浸涂的ＣＦσ＝５０３１．２ＭＰａ,并浸涂后强度离散系数、平均矢径等有规律地变小。     

碳／碳复合材料在高能刹车副中的应用

碳／碳材料是碳基体用碳纤维增强的复合材料，它具有良好的韧性、导热性和导电性能，耐腐蚀、耐磨蚀性好，大量应用在飞机高能刹车副作热库材料，本文介绍了Ｃ／Ｃ复合材料用作高能刹车热库时，较钢、铍等金属材料有优势。还介绍了Ｃ／Ｃ材料的有关制造方法和抗氧化工艺等。     

一种热解碳基1D—C／C的稳态蠕变

采用自制高温蠕变实验机构和蠕变数据自动测试系统考察了一种热解碳基１Ｄ－Ｃ／Ｃ的高温拉伸蠕行为，测得了描述蠕变行为的重要热激参数分别表现激活能Ｑ＝４２８．９６ｋＪ／ｍｏｌ（σ＝２１３．４６ＭＰａ，Ｔ＝２０１０～２１６０℃，应力指数ｎ＝２．９７（Ｔ＝２０１０℃，σ＝１３３．８３～２１３．４６ＭＰａ）以及表现激活体积Ｖ０＝１．０５９ｎｍ＾３，并初步分析了其蠕变机理。     

沥青基碳/碳复合材料的组织特性

以 １Ｋ ＰＡＮ基碳纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体,分别在常压下和高压（４０ＭＰａ、８０ＭＰａ）下制备出了沥青基碳／碳复合材料。借助偏光显微镜对碳／碳复合材料试样进行的微观组织的观察发现,碳基体中既有域组织,也有镶嵌组织,而焦炭主要为细镶嵌组织．偏光试样经过酸液氧化腐蚀处理后,利用电子显微镜对其扫描观察,发现各向异性区域呈现出流线组织特征,流线纹路的疏密与沥青碳化时的压力有关．压力越高,纹路越密实,表明碳层面的取向性也就越好．     

通用级沥青基炭纤维的表面处理及增强ABS复合材料力学性能的研究

通过自制实验装置,以ＮＨ４ＮＯ３ 作为电解液,对短切通用级沥青基炭纤维进行阳极氧化表面处理。结果表明：处理后,纤维表面粗糙度和含氧官能团数目明显增大,有效地改善了ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的界面粘结性。当处理条件为电解液浓度５ ％ ,电流强度０．８ Ａ,氧化时间１２０ ｓｅｃ时,ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的力学性能达到最好。当ＣＦ含量为１２．８ Ｖ／％ 时,拉伸强度由４５ ＭＰａ 提高到６９ ＭＰａ,拉伸模量由０．７３ ＧＰａ 提高到１．６５ ＧＰａ,弯曲强度由９０．５ Ｍｐａ 提高到１１０．８ ＭＰａ,弯曲模量由２．６０ ＧＰａ提高到４．２１ ＧＰａ。并对处理前后沥青基炭纤维增强ＡＢＳ复合材料的机理进行了分析。     

热处理对含CSiCTaCC界面C/C复合材料力学性能的影响

以准三维针刺炭纤维毡为预制体, 采用化学气相渗透工艺在预制体中炭纤维/基体炭之间制备C-SiC-TaC-C复合界面, 利用树脂浸渍-炭化工艺对材料进一步增密, 获得含C-SiC-TaC-C界面的C/C复合材料。研究了1400～2500℃不同温度热处理前后复合材料的微观结构和力学性能。结果表明: 热处理前, SiC-TaC界面为管状结构, 复合材料的抗弯强度为241.6 MPa, 以脆性断裂为主; 经1400～1800℃热处理后, TaC界面破坏呈颗粒状, 复合材料的平均抗弯强度下降到238.9～226.1 MPa, 其断裂方式不变, 但断裂位移由0.7 mm增至1.0 mm; 经2000～2500℃热处理后, SiC、 TaC界面均受到破坏, 复合材料平均抗弯强度急剧下降至158.7～131.8 MPa, 断裂方式由脆性断裂转变为假塑性断裂。      

两种双基体C/C复合材料的微观结构与力学性能

借助偏光显微镜、扫描电镜以及力学性能测试研究了两种双基体C/C复合材料的微观结构与力学性能。结果表明:基体碳在偏光显微镜下呈现出热解碳的光滑层组织,沥青碳的各向同性、镶嵌和流域组织。在SEM下普通沥青碳为"葡萄状"结构,中间相沥青碳为片层条带状结构。具有多层次界面结构的材料可以提高材料的弯曲强度,改善材料的断裂韧度,两种材料在载荷-位移曲线中载荷为台阶式下降,呈现出假塑性断裂特征。材料A和材料B的弯曲强度分别为206.68,243.66MPa,断裂韧度分别为8.06,9.66MPa·m1/2,材料B的弯曲强度、断裂韧度均优于材料A。     

PIP结合CVI制备氧化铝-莫来石陶瓷基复合材料

通过PIP结合CVI法制备了C纤维增初三维氧化铝-莫来石陶瓷基复合材料,采用CVD法制备了防氧化涂层,研究了复合材料致密化过程、复合材料的物相、微观结构、力学性能和抗氧化性能。结果表明,CVI能够将氧化硅引入到多孔氧化铝基体内部,1400℃处理后氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石,显著提高了仅以PIP法制备的多孔氧化铝基复合材料的力学性能,CVD制备的氧化硅涂层有效阻止了氧气的侵入,复合材料在1200℃大气环境下保温50h后,试样三点弯曲强度保持率为70％。     

CVI-iC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为

以针刺碳纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透工艺对预制体纤维进行PyC/SiC/TaC的多层复合模式的涂层改性, 然后采用化学气相渗透和热固性树脂浸渍-化进行增密,制备出新型C/C复合材料。对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:包覆在碳纤维表面的PyC/SiC/TaC多层结构均匀致密、无裂纹,在C/C复合材料中形成空间管状网络结构;改性后C/C复合材料的抗弯强度和韧性均大大提高, 平均抗弯强度达到522 MPa,断裂位移达到1.19mm;复合材料弯曲断裂形式表现为脆性断裂,经过2000℃高温热处理以后,复合材料的抗弯强度下降,但最大断裂位移增大,弯曲断裂形式由脆性断裂转变为良好的假塑性断裂。      

医用C/C复合材料组织结构与应变率效应

采用X射线衍射仪和原子荧光分析仪对石墨化处理前后准三维C/C复合材料的石墨化程度及其所含的汞、砷、铅和镉元素含量进行了分析。在氩气保护条件下经过2400℃ 2 h石墨化处理的C/C复合材料所含以上元素含量较低, 更适宜作为外科植入材料使用。利用电子力学试验机在不同准静态应变率和加载方向条件下,对石墨化处理后C/C复合材料进行了压缩断裂试验研究,采用光学体视显微镜和扫描电子显微镜对该材料的断口形貌进行观察分析。结果表明,C/C复合材料具有压缩应变率效应,增强纤维阻止裂纹扩展和增韧效果明显。材料的抗压强度(28.30 MPa～83.25 MPa)和弹性模量(257.56 MPa～397.06 MPa)可以满足其作为骨修复材料的使用要求。      

Compressive behavior of C/SiC composite sandwich structure with stitched lattice core

C/SiC composite sandwich structure with stitched lattice core was fabricated by a technique that involved polymer impregnation and interweaving. The mechanical behaviors of C/SiC composite sandwich structure were investigated at room temperature. The out-of-plane compressive strength was 20.97 MPa while modulus was 1473.55 MPa. The microstructural evolution on compression fracture surfaces of the stitching yarns was investigated by scanning electron microscopy, and the damage pattern of fibers on compression fracture surface was presented and discussed. Under an in-plane compression loading, the C/SiC composite sandwich structure displayed a linear-elastic behavior until failure. The peak strength and average modulus are 165.61 MPa and 19.74 GPa, respectively. The failure of the specimen was dominated by the fracture of the facesheet.     

增强毡C/C复合材料的结构和性能

设计了两种不同结构的预制体,即碳布 碳毡(1#预制体)、无纬布 碳毡(2#预制体),经化学气相沉积(CVD)与浸渍树脂相结合的致密化工艺制备出了高密度的增强毡C/C复合材料.结果表明:1#、2#预制体制备的C/C材料表现出了良好的力学性能,其拉伸强度分别达61.25MPa和53.12MPa,其中2#材料的拉伸破坏表现出了假塑性.结合材料的微观形貌研究了预制体结构、界面对C/C复合材料拉伸性能的影响.     

Preparation of C200 green reactive powder concrete and its static–dynamic behaviors

In this paper, a new type of green reactive powder concrete (GRPC) with compressive strength of 200 MPa (C200 GRPC) is prepared by utilizing composite mineral admixtures, natural fine aggregates, short and fine steel fibers. The quasi-static mechanical properties (mechanical strength, fracture energy and fiber–matrix interfacial bonding strength) of GRPC specimens, cured in three different types of regimes (standard curing, steam curing and autoclave curing), are investigated. The experimental results show that the mechanical properties of the C200 GRPC made with the cementitious materials consisting of 40% of Portland cement, 25% of ultra fine slag, 25% of ultra fine fly ash and 10% of silica fume, 4% volume fraction of steel fiber are higher than the others. The corresponding compressive strength, flexural strength, fracture energy and fiber–matrix interfacial bonding strength are more than 200 MPa, 60 MPa, 30,000 J/m² and 14 MPa, respectively. The dynamic tensile behavior of the C200 GRPC is also investigated through the Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) according to the spalling phenomena. The dynamic testing results demonstrate that strain rate has an important effect on the dynamic tensile behavior of C200 GRPC. With an increase of strain rate, the peak stress rapidly increases in the dynamic tensile stress–time curves. The C200 GRPC exhibits an obvious strain rate stiffening effect in the case of high strain rate. Finally, the mechanism of excellent static and dynamic properties gains of C200 GRPC is also discussed.     

前驱体对C/C复合材料的致密化和性能的影响

研究了分别以甲烷和丙烯为前驱体对制备C/C复合材料的新型ICVI工艺致密化速率及组织结构和力学性能的影响.考察了密度与致密化时间之间的变化规律和密度分布,采用偏光显微镜和扫描电镜观察材料的组织结构和试样的断口形貌,利用三点弯曲实验测定材料的弯曲强度.实验结果表明:在致密化时间100h前,以甲烷为前驱体,C/C复合材料的致密化速率比丙烯为前驱体时低,100h后致密化速率发生逆转;以甲烷为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度小,组织结构为粗糙层,弯曲强度为250.87MPa,模量为29.29GPa;而以丙烯为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度大,组织结构为光滑层,弯曲强度为102.75MPa,模量为11.42GPa.因此,相对而言甲烷作为制备C/C复合材料的前驱体优于丙烯.     

电泳沉积CNTs掺杂C/C复合材料的微观组织与弯曲性能

采用电泳沉积(EPD)在1k碳布表面均匀加载了碳纳米管(CNTs), 借助化学气相沉积(CVD)致密化碳布叠层预制体, 制备了EPD CNTs掺杂的二维(2D)碳/碳(C/C)复合材料。研究了EPD CNTs对2D C/C复合材料致密化过程、微观组织和弯曲性能的影响。研究结果表明: EPD CNTs在碳纤维表面呈现平面内高密度、杂乱取向分布特征, 该形貌CNTs降低了热解炭在碳纤维预制体内的沉积速率, 诱导了高石墨微晶堆垛高度(L_c)、低(002)晶面面内方向上的沉积有序度(L_a)热解炭的形成; EPD CNTs的掺杂可提高C/C复合材料的弯曲强度和模量: 当CNTs含量为0.74wt%时, 复合材料弯曲强度和模量可达150.83 MPa和23.44 GPa, 比纯C/C复合材料提高了31.4%和13.9%; 继续提高CNTs含量, 复合材料弯曲强度降低, 这与过高含量EPD CNTs导致复合材料密度降低有关; 同时, EPD CNTs的掺杂使得C/C复合材料断裂模式由脆性断裂转变为假塑性断裂, 复合材料断裂塑性的提高是由于EPD CNTs造成的碳基体结构的变化以及碳纤维的大量拔出。