影响炭／炭复合材料摩擦学性能的因素分析：材料的性质

影响炭／炭复合材料摩擦性能的因素很多，综述了国内外的研究现状，评价了材料的譬质对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响，阐述了模量、石墨化度、密度、预制体的类型、基体类型、热解炭结构等因素。     

炭/炭复合材料摩擦膜的显微结构研究

用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析CVD增密和2300℃热处理炭/炭复合材料刹车片在模拟飞机正常刹车状况下的摩擦表面形貌和显微结构,研究了摩擦膜结构对摩擦磨损性能的影响。结果表明:在模拟飞机正常着陆的试验中,在炭/炭复合材料的摩擦表面形成一层低织构热解炭的摩擦膜,片层厚度约为1μm。     

两种炭材料的载流摩擦磨损性能比较

以两种炭材料作为销试样,用铬青铜作为盘试样,在HST-100摩擦磨损实验机上比较了两种炭材料的载流摩擦磨损性能.结果表明:炭/炭复合材料的载流摩擦磨损性能受速率、载荷和电流的影响较小,而浸金属炭材料的载流摩擦磨损性能受速率、载荷和电流的影响较大.炭/炭复合材料的摩擦因数和磨损率显著低于浸金属炭材料,具有更优的载流摩擦磨损性能.     

医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

采用医用炭/炭复合材料并通过梯度化学气相沉积法(CVD)在其表面制备热解炭涂层, 研究分析了涂层的显微结构、摩擦系数、磨损情况. 结果发现, 该热解炭涂层表面被直径约20 μm热解炭球致密覆盖, 在断口处呈现紧密、多层的热解炭. 与用沥青浸渍/炭化法制备的炭/炭复合材料相比, 在干摩擦时, 热解炭涂层样品的摩擦系数更大; 在模拟人体关节的湿摩擦时, 它的摩擦系数低; 在干摩擦和湿摩擦的情况下, 它的磨损要小很多. 这些结果表明利用梯度的化学气相沉积法(CVD)制备医用炭/炭复合材料的涂层可以提高其表面的耐磨性.     

高温处理对炭/炭复合材料摩擦性能的影响

利用热梯度化学气相沉积工艺制备了炭/炭复合材料,研究了热处理温度对炭/炭复合材料石墨化度、硬度和摩擦性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料的石墨化度增加,石墨片层的间距d002逐渐减小,石墨微晶的厚度LC逐渐增大,炭/炭复合材料的硬度降低.随石墨化度的增加,有更多的石墨微品碎片参与摩擦而形成摩擦表面膜,这些石墨碎片会填充摩擦表面的犁沟,使凹凸不平的摩擦面变得平整光滑,从而使摩擦系数减小、刹车力矩降低,刹车时间延长.     

基于神经网络的炭/炭复合材料烧蚀性能预测

采用人工神经网络(ANN)对炭/炭复合材料烧蚀性能进行了预测。确定了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度和基体炭类型为其烧蚀性能的关键控制因素, 通过人工神经网络表征了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度与其烧蚀性能之间的关系。在大量实验基础上对神经网络结构与参数发生变化时的网络性能进行了评估。结果表明, 当网络训练集规模、 隐层节点数、 初始学习率与动量项等参数的取值分别为35、 7、 0.5和0.2时网络预测性能达到最佳状态, 在此基础之上对炭/炭复合材料的质量烧蚀率进行了预测与评价。实践证明, 采用人工神经网络对炭/炭复合材料的烧蚀性能进行预测时误差小于11％, 满足工程实践的精度要求。      

湿度对炭／炭材料摩擦性能影响

本文研究了炭／炭（Ｃ／Ｃ）复合材料湿态摩擦性能，考察了在湿态下刹本能量、刹车比压对化学气相沉积Ｃ／Ｃ复合材料摩擦性能的影响规律，试验结果表明：环境湿度强烈地影响着Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦学性能，在湿态下其摩擦系数减小；随着刹车能量，刹车比压的增加，摩擦系数进一步衰减。     

湿度对炭／炭材料摩擦性能影响

本文研究了炭／炭（Ｃ／Ｃ）复合材料湿态摩擦性能。考察了在湿态下刹本能量、刹车比压对化学气相沉积Ｃ／Ｃ复合材料摩擦性能的影响规律。试验结果表明：环境湿度强烈地影响着Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦学性能，在湿态下其摩擦系数减小；随着刹车能量、刹车比压的增加，摩擦系数进一步衰减。     

温度对炭／炭材料摩擦性能影响

本文研究了炭／炭（Ｃ／Ｃ）复合材料湿态摩擦性能。考察了在湿态下刹本能量、刹车比压对化学气相沉积Ｃ／Ｃ复合材料摩擦性能的影响规律，试验结果表明：环境湿度强烈地影响着Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦学性能，在湿态下其摩擦系数减小；随着刹车能量、刹车比压的增加，摩擦系统进一步衰减。     

炭/炭复合材料摩擦性能与摩擦表面状态的关系

金相显微分析炭/炭复合材料试样的热解炭结构,测试不同试样的硬度和石墨化度值,在国产MM-1000型摩擦试验机上,进行模拟飞机正常刹车试验,通过扫描电镜(SEM)对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察,傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)定性地分析表面的摩擦膜,研究摩擦性能与摩擦表面状态的联系.结果表明:经过1600℃热处理后,炭/炭复合材料无法获得良好的摩擦磨损性能,碳微晶结构的缺陷和表面膜的不完整性,导致了明显的氧化及吸附的产生.2650℃热处理后,粗糙层(RL)结构热解炭具有更好的延展性,易于形成连续致密的具有自润滑效应的摩擦膜,但是更大程度上,增大了摩擦过程中的有效接触面积,碳结构的完整性及表面膜的实体完整性提高,与A试环相比具有较好的摩擦磨损性能;采用树脂炭补增密技术的双元炭基体试环,摩擦膜实体完整连续性得到进一步提高,对应了更少的氧化及吸附,表现出最佳的摩擦磨损性能.     

碳/碳复合材料基体用中间相沥青

中间相沥青具有高残碳率、高密度、低的密度变化及易石墨化等优点 ,是较理想的碳 /碳 (C/C)复合材料基体前驱体。本文从 C/ C复合材料制备工艺的角度 ,阐述了制备 C/ C复合材料用的中间相沥青的主要特性 ,其中包括中间相沥青的流动性、在碳化过程中的稳定化、微观结构以及中间相沥青基 C/ C复合材料的界面结构。     

粉末涂层碳纤维制备碳/碳复合材料研究进展

综述了国内外碳/碳复合材料的主要用途和制备方法,通过比较发现粉末预涂层制备碳/碳复合材料是一种低成本、短制备周期的理想方法,它包括基体树脂和碳纤维的选择、碳纤维的表面处理及碳纤维丝束的铺展.采取层压成型制备试样,经高温炭化和石墨化制备碳/碳复合材料.     

炭/炭复合材料表面预炭层的制备及其性能研究

为在炭/炭复合材料表面制备C/SiC浓度梯度高温抗氧化涂层,预先用料浆涂刷-高温处理工艺在其表面制备了预炭层.借助XRD、Raman和SEM等测试手段对所制备预炭层的组织结构和微观形貌进行了表征,讨论了不同的原料配比和炭化温度对预炭层结构的影响,并对预炭层与基体的结合性能进行了测定.研究结果表明：制备的预炭层结构致密,与基体具有较好的结合性能,其结合强度可达10.95MPa.不同的原料配比和炭化温度影响了炭层序态结构的形成,最终形成了不同结构的预炭层.     

Carbon–Carbon Composite Materials

Data are summarized on the performance characteristics and properties of Russian-produced and foreign carbon–carbon composite materials for various engineering applications. The effect of neutron irradiation on their macroscopic properties and structure is examined. The relationships between the radiation-induced dimensional changes and properties of the composites are established, which can be used in assessing the engineering performance and optimizing the fabrication of carbon–carbon composites.     

Effect of Growth Temperature on Carbon Nanotube Grafting Morphology and Mechanical Behavior of Carbon Fibers and Carbon/Carbon Composites

High-purity carbon nanotubes(CNTs) with different orientation and lengths were grafted on carbon fibers(CFs) in woven fabrics by using double injection chemical vapor deposition and adjusting the growth temperature.Scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM) and Raman investigations reveal that the grafted CNTs change from being predominantly aligned and uniform in diameter to absolutely disordered and variable in diameter,whilst they show significantly increased crystallinity,as the growth temperature is increased from 730 °C to 870 °C.In tensile tests of fiber bundles,much more strength degradation of CFs was observed after the growth process at higher temperature than that at lower temperature.These hybrid preforms produced at different growth temperatures were used to reinforce carbon/carbon(C/C) composites.An increment of 34.4% in out-of-plane compressive strength(OCS) was obtained for the composites containing CNTs grown at 730 °C,while the OCS increment exhibits an obvious decrease with increasing the growth temperature.Compared with the higher growth temperature,the lower temperature contributes to the decrease in the strength loss of reinforcing fibers and meanwhile the growth of large extending length of CNTs,which can provide long reinforcement to the pyrocarbon matrix,and thus increase the compressive strength better.     

纳米碳管增强炭/炭复合材料的研究进展

纳米碳管(CNTs)具有独特的结构、优异的力学性能、热稳定性与传导性能,是炭/炭(C/C)复合材料理想的增强体.综述了纳米碳管增强炭/炭(CNTs/C/C)复合材料的制备方法,讨论了该复合材料的微观结构、摩擦学性能和传导性能,并展望了CNTs/C/C复合材料的潜在应用和发展趋势.     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

碳/碳复合材料密封性能分析

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,本文研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径.结果表明:C/C复合材料比高强石墨更适合用作航天动密封材料.碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好.C/C复合材料中的穿刺纤维以及贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能会产生很大的影响.     

Increasing the Tensile Property of Unidirectional Carbon/Carbon Composites by Grafting Carbon Nanotubes onto Carbon Fibers by Electrophoretic Deposition

Although in-situ growing carbon nanotubes(CNTs) on carbon fibers could greatly increase the matrix-dominated mechanical properties of carbon/carbon composites(C/Cs),it always decreased the tensile strength of carbon fibers.In this work,CNTs were introduced into unidirectional carbon fiber(CF) preforms by electrophoretic deposition(EPD) and they were used to reinforce C/Cs.Effects of the content of CNTs introduced by EPD on tensile property of unidirectional C/Cs were investigated.Results demonstrated that EPD could be used as a simple and efficient method to fabricate carbon nanotube reinforced C/Cs(CNT—C/Cs) with excellent tensile strength,which pays a meaningful way to maximize the global performance of CNT—C/Cs.