化学气相沉积法制备钨芯SiC纤维的装置和工艺

分析比较了两种不同类型化学气相沉积(CVD)法制备钨芯SiC纤维的反应器,提出了改进方法,设计了一种立式冷壁反应器,并对用CVD法制备钨芯SiC纤维的工艺进行了研究.运用扫描电镜观察了制备纤维形貌,并用Weibull统计方法分析了纤维强度与其形貌之间的关系.结果表明,在不同的氢气流量和氮气流量比下,沉积速率均随沉积温度的升高而增大.总反应在较低温度区受表面反应控制,在较高温度区受质量传输控制.纤维的断裂强度大致可分为高、中、低3个区,CVD-SiC纤维的强度与其微观形貌有密切关系,缺陷的多少决定纤维强度的高低.     

三级化学气相沉积法制备SiC纤维及拉伸性能测试

以甲基三氯硅烷为先驱体,用直流电热三级化学气相沉积法制备了带有碳涂层的钨芯SiC纤维,测定了纤维的室温拉伸强度,并用Weibull分布对纤维的拉伸强度进行了评价.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分析了纤维的断口形貌、相结构组成和W/SiC界面反应层的微观结构.结果显示,三级化学气相沉积法制备SiC纤维拥有两层β-SiC和均匀的表面碳涂层,钨芯和SiC之间存在厚度约为0.35μm的界面反应层,纤维的平均拉伸强度和Weibull模数分别达到3266MPa和16.3,并对纤维的断裂机理进行了分析和讨论.     

浸渍相转化法制备陶瓷中空纤维膜的研究进展

浸渍相转化法可以制备非对称结构的陶瓷中空纤维膜. 本文讨论了陶瓷中空纤维膜的发展情况, 并着重探讨了各因素对膜孔结构的影响. 大量陶瓷粉体存在情况下的相转化机理, 孔结构与力学强度的平衡问题, 是目前需要重点关注的两个问题. 有效调节孔结构, 保证其力学性能可以实现陶瓷中空纤维膜在分离和纯化、固体氧化物燃料电池、膜催化器和膜反应器等方面的广泛应用.     

碳纳米管接枝炭纤维对环氧树脂浸润性能的影响

以乙炔为碳源、二茂铁为催化剂,通过雾化辅助化学气相沉积法(AACVD)制备多尺度杂化材料CNT/CF.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征所制CNr/CF的形貌及其微观结构.结果表明:在反应温度750℃～800℃、沉积30min的条件下,碳纳米管(CNTs)能够以较高的密度均匀生长在炭纤维表面形成多尺度杂化材料CNr/CF.单纤维拉伸测试表明:在700℃～800℃、沉积30min的条件下所制CNT/CF的单纤维拉伸强度降低幅度小于13％;在反应温度750℃、沉积40 min的条件下、单纤维拉伸强度降低幅度小于10％.纤维悬挂液滴法研究表明:所制CNT/CF比原始炭纤维对环氧树脂有更好的浸润性能.     

CaCl1和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析.结果表明,采用CaCl2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12％;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优.     

微观组织结构对C/C复合材料力学行为的影响

采用快速化学液相气化渗透法制备了2D-C/C复合材料,沉积温度为1200-1250℃, 系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了不同沉积温度制备的基体热解碳的微观组织结构及断口形貌.实验结果表明,1200℃沉积的基体热解碳中粗糙层组织占大多数,其弯曲强度较高、韧性较低; 1250℃的基体热解碳呈现为光学各向异性程度不同的光滑层/粗糙层交替层状组织,其弯曲强度较低、韧性较高,具有非脆性断裂行为.不同微观结构的材料具有不同的强度及断裂模式,除了纤维/基体间界面结合强度不同外,不同温度沉积得到的热解碳微观结构的不同引起裂纹在不同微观结构碳层内的扩展阻力也会不同.此外,裂纹在光滑层/粗糙层界面处的偏转会导致断裂面的高低不平,从而使后者韧性增强.     

粗糙层组织结构2D-C/C复合材料的制备及特性

在沉积温度为1080-1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下,以天然气为碳源,以氮气为载气,使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm3(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化,在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm3的C/C复合材料.用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构,分析了三点弯曲试样的断口形貌.结果表明:制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构,试样的弯曲强度为164.77 Mpa、模量为21.34 Gpa,表现为阶梯式失效,断裂行为呈现出明显的假塑性.     

熔融沉积纤维增强复合材料的研究进展

熔融沉积增材制造属于热塑性聚合物材料3D打印成型技术之一,具有原料广泛、制造成本低、个性化可定制等特点.随着制备工艺和技术的优化,近年来成型质量不断提高.同时,这种基于分层打印、逐层堆积的材料成型方式导致其力学强度偏低.发展适用于熔融沉积技术的纤维增强热塑性聚合物复合材料,利用纤维具有高比强度、高比模量的特性,可显著提高熔融沉积热塑性聚合物成型件的抗拉强度和拉伸模量等力学性能.然而,在熔融沉积纤维增强复合材料成型过程中,伴随着材料的流动与纤维取向、丝/层间结合、热量传导和残余应力等一系列复杂现象,明晰上述现象及其内在的关联性,是促进该技术应用和发展的关键.因此,近年来国内外研究者们主要从选择合适的纤维和优化制备工艺等方面不断尝试,并取得了丰硕的成果.用于熔融沉积纤维增强复合材料的纤维主要以短纤维和连续纤维两大类材料为主.短纤维复合材料发展较早、制备工艺相对简单;连续纤维复合材料成型件的力学性能相对较高.近年来,国内外研究者基于纤维增强复合材料的制备工艺、材料性能、成型机理等关键要素,聚焦于纤维含量、沉积角度、打印速度、喷嘴温度、层厚和化学助剂添加等工艺参数变化对成型件力学性能影响的相关研究,拟充分发挥纤维增强材料的技术优势,为制备较高力学性能和较好质量打印成型件提供可能.本文主要介绍了近年来国内外研究者在熔融沉积纤维增强复合材料方面的研究进展.从熔融沉积增材制造成型原理、纤维增强复合材料技术研究现状出发,介绍了短纤维和连续纤维增强复合材料的力学性能,以及工艺参数对增强复合材料力学性能的影响.最后,归纳了该技术仍存在的亟待解决的基础科学问题和关键技术问题,以及未来可能的研究方向.     

SiC纤维的B4C涂层研究

采用化学气相沉积（CVD）方法，在连续SiC纤维表面沉积一层B4C涂层，对纤维的强度，电阻率及介电参数等性能进测试，结果表明：SiC纤维涂层处理，可以大幅度提高纤维单丝的强度，调节纤维的电阻率，纤维的介电参量εr,εi随测试频率升高而显著降低，是一种电损耗较大的纤维，可用于结构吸波材料的增强材料。     

Preparation for 2D–C/C composites with pure RL textures and its characteristic

在沉积温度为1080--1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下, 以天然气为碳源, 以氮气为载气, 使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm$^{3}$(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化,
在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm³的C/C复合材料. 用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构, 分析了三点弯曲试样的断口形貌. 结果表明: 制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构, 试样的弯曲强度为164.77 MPa、模量为21.34 GPa, 表现为阶梯式失效, 断裂行为呈现出明显的假塑性.