碳/碳复合材料致密化影响因素的研究进展

综述了致密化方法、碳纤维表面改性、基体碳前驱体、添加剂及碳纤维编织结构在C/C复合材料制备过程中对C/C复合材料致密化的影响.     

碳／碳复合材料制备方法及其新理论

对制备碳／碳复合材料的各种方法和过程作了评述，包括予制体成型，致密化处理，液相浸渍工艺，化学气相沉积工艺等，重点介绍了由德国Karlsruhe大学研究组提出的已为实验所验证的，新的碳沉积理论，最后对碳／碳复合材料在各民用领域的应用趋向作了乐观的展望。     

医用碳／碳复合材料的制备及骨组织相容性研究

医用碳／碳复合材料的制备工艺主要由碳纤维三维立体织物浸渍糠醇树脂、碳化、化学气相渗透和石墨化等主要步骤构成．本文采用扫描电子显微镜、肖氏硬度计对碳／碳复合材料的表面微观形貌及显微硬度进行观察和测定．为进一步探讨该材料作为骨组织替换材料的可行性，开展了实验动物骨内种植实验，并通过X射线和组织病理切片观察对材料与骨组织相容性进行了研究．结果表明，采用本工艺制备的碳／碳复合材料组织结构均匀致密．该材料生物相容性良好，具有与正常人体皮质骨十分接近的表面硬度．     

医用碳/碳复合材料的制备及骨组织相容性研究

医用碳/碳复合材料的制备工艺主要由碳纤维三维立体织物浸渍糠醇树脂、碳化、化学气相渗透和石墨化等主要步骤构成.本文采用扫描电子显微镜、肖氏硬度计对碳/碳复合材料的表面微观形貌及显微硬度进行观察和测定.为进一步探讨该材料作为骨组织替换材料的可行性，开展了实验动物骨内种植实验，并通过X射线和组织病理切片观察对材料与骨组织相容性进行了研究.结果表明，采用本工艺制备的碳/碳复合材料组织结构均匀致密.该材料生物相容性良好，具有与正常人体皮质骨十分接近的表面硬度.     

增强剂对碳／碳材料沉积速率影响的实验研究

从实验探索了增强剂对碳／碳复合材料沉积速率的影响，提出了提高沉积速率的方法。实验结果表明：采用经过石墨化处理和表面改性处理的碳布作为增强剂，所制得的坯体沉积速率快，样品最终密度高；碳纤维体积含量（为３０％～４５％时）对样品最终密度无明显影响。     

非预混甲烷湍流扩散火焰中碳烟生成的模拟研究

采用FLUENT软件并基于详细化学反应机理和RANS-PBE-PDF碳烟模型对非预混湍流扩散火焰中碳烟的生成进行数值模拟,研究分形维数取不同数值对碳烟生成的影响.结果表明,随着分形维数增大,碳烟凝结体尺度、碳烟体积分数和碳烟颗粒凝结频率减小;随着克努德森数的增大,碳烟的凝结频率减小;通过与实验数据对比验证了基于RANS-PBE-PDF碳烟模型的模拟数据的准确性,并得出碳烟凝结体的最终分形维数接近于1.8的结论.     

碳纳米纤维／镍管复合材料的制备

采用化学镀法在化学纤维布表面覆盖均匀镍层,通过热处理去除基体后获得中空镍纤维管;将其置于化学气相沉积装置中,通过调整合适的氢气和甲烷流量比及气压条件制备了以中空微米镍纤维管为主体结构、碳纳米纤维（CNF）以及金属管体结构为存储介质的碳纳米纤维／镍管复合纤维材料．运用扫描电子显微镜（SEM）分析中空镍纤维及复合纤维管表面形貌,x射线衍射（XRD）对复合纤维管晶相组成进行表征．结果表明,利用模版法制备出的中空镍纤维管孔径在10μm左右,管壁厚约0．5μm;化学气相沉积制备过程中,当微波功率500W,氢气和甲烷流量比100：6,气压4．0kPa,沉积时间5min时,复合纤维管外壁和端口内壁均匀沉积长径比较大且直径均匀分布的碳纳米纤维,碳纤维直径约50nm;复合纤维成分为碳纳米纤维、镍和三镍化磷合金相,其中碳纳米纤维表现为石墨相．表面覆盖有碳纳米纤维的镍管复合材料,增加了材料自身的吸附存储和导电性能,可应用于多相催化、电容存储和电极材料等领域．     

含孔洞的颗粒增强复合材料力学性能研究

研究了颗粒体积分数、粒径、材料特性和孔洞等因素对颗粒增强复合材料的影响.通过编程实现了二维RVE模型构建,并给出了周期性位移边界条件施加过程.基于ABAQUS二次开发实现均匀化方法,并用该方法计算分析了RVE的力学响应.研究表明：软化颗粒比增强颗粒对基体力学性能的影响范围大,孔洞缺陷对基体的力学性能具有严重的削弱作用.     

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.     

碳纳米纤维的气流纺丝制备及电磁屏蔽应用

设计了一种气流纺丝制备碳纳米纤维的工艺,以聚丙烯腈为原料纺制出纤维状前体,通过预氧化和高温退火,成功制备了碳纳米纤维。调整退火温度,制备了多种不同退火温度的碳纳米纤维。利用扫描电子显微镜等表征方法明确了几种碳纳米纤维的微观结构和特性,讨论了几种纤维的化学成分、连续度和石墨化程度等方面与电磁屏蔽效能的内在关联。经测量得出结论,当退火温度达到800℃时,碳纳米纤维具备约10dB的电磁屏蔽效能,能够实现电磁屏蔽效果。总的说来,气流纺丝制备碳纳米纤维的技术工艺在电磁屏蔽领域具有应用潜力,宏观规模的生产是未来该技术领域发展的关键。     

碳/碳生物活性玻璃涂层复合材料的组织结构研究

通过包埋－粉末涂刷高温烧结工艺，以碳化硅作为过渡层制备出C／C生物活性玻璃涂层复合材料。采用SEM、EDS、XRD考察了涂层的组织结构，结果表明所制涂层具有多孔结构，从基体到生物活性玻璃涂层，成分和结构呈连续变化，消除了生物玻璃与基体的性质差异，实现了在C／C复合材料表面进行生物活性改性。     

碳/碳复合材料防氧化涂层研究新进展

介绍了最近几年我们制备的几种高性能的碳／碳复合材料的氧化保护涂层的结构和高温氧化行为，表明采用包埋和渗透法制备的Si—MoSi2、SiC—MoSi2、Al2O3-莫来石-SiC—Al4SiC4以及Al2O3-莫来石-SiC涂层不仅具有很好的抗热震性能，而且能够将碳／碳复合材料的高温氧化保护温度提高到1973K;此外还介绍了一些涂层的失效机理。     

Ni/Al2O3催化制备碳/碳复合材料研究

提出了催化化学气相渗透（CCVI）法制备碳／碳复合材料的新工艺，即在针刺碳布预制体中添加3．5％～4％Ni／Al2O3负载型金属催化剂，以丙烯作碳源气体，在750～900℃下，经过100h的沉积，碳／碳复合材料的密度达到1．68g／cm^3。该材料经高温处理后，氧化失重率低、氧化起始温度高。应用扫描电镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）和偏光显微镜（PLM）观察了基体碳的形貌，初步探讨了催化沉积碳和抗氧化机理。     

碳纤维/锡—铝叠层复合材料的复合工艺研究

采用化学镀方法在纤维表面沉积一层镍,并用锡作为过渡性基体,使浸润锡的纤维与镀有镍层的铝箔叠层热压,最终得到碳纤维/锡—铝叠层复合材料的试件,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了试件经拉伸、剪切破坏的断面;基体中纤维的分布以及锡、铝与纤维之问的界面区域形貌。     

不同氮碳比纳米管的合成与结构特性

以插层状四氧化三铁为催化剂在1073K下催化裂解合成了多壁纳米碳管,比较了苯、N,N′-二甲基乙二胺和乙二胺为碳源合成碳管的形貌和结构特性、氮碳比及产率。实验表明：两种含胺碳源均能催化合成出“竹节状”结构的碳纳米管;随着氮碳比的增加,碳管的管壁变得粗糙,管身变得更加弯曲,竹节的规整性下降,密度增加,碳管产率增加。进而从催化机理和含氮竹节状碳纳米管的生成机理上解释了产生这种现象的原因。     

C/C复合材料制备过程中的有效弹性模量预报

为了对C/C复合材料在不同温度条件下的制备工艺提供实际指导,本文根据沥青基先驱体C/C复合材料制备过程中化学反应特征,利用Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相制备工艺力学模型.根据制备工艺中各组分相的体积分数变化,结合均匀化方法和细观力学方法计算和分析了制备工艺过程中材料基体有效弹性模量及其变化规律,并且利用有限元方法预报了制备成型后的细编穿刺C/C复合材料的整体有效弹性模量.     

Thermodynamic analysis of carbon migration in W1-1.0C steel in plasma surface chromizing

W 1-1.0C steel was chromized at 1173 K with double glow plasma surface alloying process, and the distribution of Fe, Cr, and C contents in the chromized layer was measured using glow discharge spectrum analysis （GDA）. The behavior and mechanism of carbon migration during the formation of chromized layer were studied through thermodynamic analysis and calculation. The gradient of carbon chemical potential was regarded as the driving force of carbon migration. An equation was derived to describe the carbon content varying with the chromium content within the carbon-rich region. The calculated results from the equation approximated closely to the experimental ones.     

Preparation of bioactive calcium phosphate coating on porous C/C substrate by a novel deposition technique

A novel heat substrate technique, high frequency inductive heat deposition （IHD）, was introduced to coat porous carbon materials, C/C and carbon felt to improve their bioactivity. The morphologies, composition and microstructure of the resulting coatings were examined by scanning electron microscopy （SEM）, energy dispersive spectra （EDS）, X-ray diffractometer （XRD） and Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）. The results show that, the calcium phosphate consisted of non-stoichiometric, CO3-containing and plate- like octacalcium phosphate （Ca8-xH2（PO4）6, OCP） could uniformly cover the entire porous surfaces of carbon materials. Good adhesion of the coating to carbon material substrates was observed.