C/C-SiC复合材料的水润滑摩擦磨损特性

通过液相气化热梯度CVI法与反应熔渗法(RMI法)相结合,制备出C/C-SiC复合材料;材料密度1.4~1.6 g/cm3。通过环块摩擦磨损实验考察了在水润滑条件下的载荷和摩擦速度对其摩擦磨损特性的影响。实验结果表明:在水润滑环块式摩擦试验中,摩擦速度对C/C-SiC试样的摩擦系数和比磨损率影响较大:①当摩擦速度小于1.046 m/s时,摩擦系数稳定在0.12左右;②当摩擦速度高于1.046 m/s,摩擦系数减小很快,尤其是当摩擦速度达到2.092 m/s后,摩擦系数减小到0.01~0.02,这与水润滑膜的形成有关;③随着摩擦速度的增加,摩擦系数和比磨损率都有较大减小。载荷的影响相对较小:随着载荷的增加,摩擦系数和比磨损率都有所增大。C/C-SiC试样的摩擦磨损过程以磨粒磨损和微凸体断裂机理为主。     

3D-Cf/SiC复合材料的弯曲强度及热膨胀性能分析

采用料浆浸渗和CVI工艺制备了含有ZrB₂陶瓷颗粒的3D-C_f/SiC复合材料,对其进行弯曲强度和线热膨胀系数测试,通过扫描电镜观察复合材料的表面及断口形貌。结果表明,3D-C_f/SiC复合材料的弯曲强度为107.99 MPa,满足一般热防护材料的使用要求;其线热膨胀系数随温度变化的规律是由于碳纤维和SiC陶瓷基体之间线热膨胀系数的不匹配及热残余应力造成的。     

压缩应力下石墨IG-110热膨胀系数的测量及验证

采用应变电测法测量压缩应力状态下石墨IG-110的热膨胀系数,分析不同压缩应力对IG-110热膨胀系数的影响.结果表明,压缩应力对IG-110的热膨胀系数影响显著.与未加载时相比,分别加载20、30、40 MPa压缩应力石墨试样平行加载方向的平均热膨胀系数由3.71×10~(-6) K~(-1)逐渐增大至4.20×10~(-6)、4.41×10~(-6)、4.78×10~(-6) K~(-1),分别提高约13.2%、18.9%和28.8%;而垂直加载方向的平均热膨胀系数则由4.03×10~(-6)K~(-1)逐渐减小至3.80×10~(-6)、3.79×10~(-6)、3.75×10~(-6)K~(-1),分别降低约5.7%、6.0%和6.9%.压缩应力状态下石墨热膨胀系数的变化可能与应力导致石墨内部微裂纹的张开和闭合有关.     

石墨的热中子吸收截面测量

本文利用脉冲中子源法测量了一批石墨的热中子吸收截面。测量的几何曲率范围是(0.699—13.26)×10~(-3)厘米~(-2)。由于几何曲率在6.341×10~(-3)厘米~(-3)以上时,实验上得不到恒定的衰减常数,所以用来求热中子吸收截面的几何曲率范围为(0.699—6.341)×10~(-3)厘米~(-2)。石墨密度为1.653克/厘米~3,测量温度为14.5℃。求得石墨热中子吸收截面σ_α=4.03±0.13毫靶,扩散系数D_0=(2.073±0.025)×10~5厘米~2·秒~(-1),扩散冷却系数C=(3.17±0.49)×10~6厘米~4·秒~(-1)。换算到标准条件(密度1.60克/厘米~3,温度20℃),D_0=(2.160±0.026)×10~5厘米~2·秒~(-1),C=(3.41±0.51)×10~6厘米~4·秒~(-1)。     

IG-11石墨材料断裂韧性数值模拟研究

通过使用基于内聚力模型（CZM）的扩展有限元方法（XFEM）对单边切口梁的三点弯曲试验进行数值模拟来研究核级石墨IG-11断裂韧性的尺寸效应,试验和分析中考虑了试样整体尺寸和厚度变化,并对数值分析中的材料断裂参数进行了敏感性研究。模拟所得断裂韧性范围为0.90～1.10 MPa•m^1/2,这与试验所测得的0.82～1.27 MPa•m^1/2接近。模拟结果表明,材料断裂功对数值分析的影响较小,而材料断裂时的抗拉强度对数值分析的影响较大;另外,核石墨的断裂韧性（K_IC）存在明显的尺寸效应,随模拟试样整体尺寸的增大,断裂韧性增大,最终趋于一定值。这与现有文献中的尺寸效应模型所得到的预测值以及试验结果吻合得较好。但试样厚度则对K_IC的变化无明显影响。     

高能重离子辐照制备碳氮化合物材料研究

室温下,先用100-120 keV的N离子注入类金刚石薄膜和石墨中,注入剂量5×1017至5×1018 cm-2,再用高能Xe、U、C60离子分别辐照注氮后的样品,然后用显微FTIR和Raman、XRD/XPS等手段进行分析表征,研究了实验样品中由辐照引起的新化学键和新相的产生.实验结果显示,高能重离子辐照可在所有样品中产生大量的CN键,高N浓度和大密度能量沉积导致sp3/sp2键比率的增加以及形成α-和β-C3N4必需的N-sp3C键的量的增加.C60离子辐照在注氮石墨样品中引起了ta-C、N=sp2C和N-sp3C键的形成;而高能离子辐照在注氮类金刚石薄膜样品中产生了α-和β-C3N4晶态夹杂物,其尺寸在1.4-3.6 nm之间.     

离子束诱导碳圆锥室温生长锥角的可控性研究

采用荷能Ar 束室温倾角溅射石墨的方法制备可控锥角的碳纳米纤维/圆锥结构.扫描电子显微镜结果表明样品表面产生的圆锥密度达1×109-1×1010·cm-2,沿离子束方向排列,且在每个圆锥上都有碳纳米纤维长出.随着入射倾角由30°增大到60°,碳圆锥的锥角从33°降到20°、长径比从250nm/150nm增大到1200nm/400nm.随着入射角度的增加,离子束诱导的表面原子有效扩散系数减小和溅射速率增大是碳圆锥的长径比增大、碳圆锥的锥角减小及其密度增加的原因.随着离子束流强度由200μA·cm-2增加到800μA·cm-2,碳圆锥的锥角从90°降到20°、碳圆锥的高度从100nm增加到1200nm.相同时间内,随束流强度的增大,碳圆锥表面单位面积内离子的注入剂量增大,导致溅射出来的碳原子数目增多.这是随离子束流强度增大形成碳圆锥的锥角变小且高度增加的原因.     

基于氢研究核石墨中氚的去除

世界现阶段有大量的退役核石墨需要处理,~3H和~(14)C为其中含量最多、需重点去污核素。对于~(14)C来说,低温(不高于700°C)低氧环境下的热处理能比较有选择性地去除核石墨中的~(14)C。基于氚是氢的同位素、与氢具有相同的物理化学特性,本研究通过对三种不同产地的核石墨中氢在350oC的吸附以及400~700oC的解吸行为,探究核石墨中氚的去污工艺。实验发现:三种核石墨的氢吸附量不同,解吸规律大致相同,解吸量随时间的变化上有差异。国产核石墨NG-CT-10、日本核石墨IG-110以及德国核石墨NBG-18的氢总吸附量分别为6.7×10-3 mL·g-1、9.30×10~(-3) mL·g~(-1)以及9.12×10~(-30 mL·g~(-1),其中化学吸附量分别为3.2×10~(-3) mL·g~(-1)、3.0×10~(-3) mL·g~(-1)和0.92×10~(-3) mL·g~(-1)。石墨对氢吸附量上的差异可能来源于三种核石墨的不同制备工艺和物理性质上的一些差异,这些差异主要来自于平均孔径、比表面积、成型工艺以及焦粒粒径上的区别;NG-CT-10有效吸附量所占比最高,表明NG-CT-10有较大量的氚吸附量。400~700oC的核石墨氢解吸实验表明:三种石墨中的氢主要是从700oC开始有效解吸,但各自相对于总吸附量的解吸量有明显区别,NG-CT-10、IG-110和NBG-18在700°C时的解吸量分别为7%、13.5%和70%。由此可得,NBG-18中的氚最易被解吸出来。根据氢在石墨中的吸附模型,700oC解吸出来的氢应该位于石墨晶粒边缘。为了解吸剩余氚,同时不影响~(14)C的有效去除,不提高热处理温度,可能需要改变解吸时的载气组分。     

聚变堆第一壁涂层材料

由于使用低Z涂层材料可使传统的结构材料和技术保持不变并能降低等离子体杂质,因而为设计提供了灵活性。低Z涂层可由元素Be,B,C,Al,Ti,V及其化合物中选择。文中介绍了涂层工艺和评价方法。添加约10wt%SiC的热解碳几乎能完全抑制化学溅射。60块C+SiC涂层石墨砖在DoubletⅢ托卡马克的整个照射期间性能令人满意。     

SiC添加量对真空烧结SiC/Zr复合材料显微组织及性能的影响

以SiC粉和ZrH₂粉为原料,用真空烧结法制备SiC/Zr复合材料。研究了SiC添加量对SiC/Zr复合材料显微组织及性能的影响。结果表明:未添加SiC时,材料为致密的Zr金属烧结体,但材料硬度和耐腐蚀性能相对较差;添加SiC后,SiC与Zr发生界面反应生成ZrC和Zr₂Si,SiC和基体Zr通过界面层紧密结合,与未添加SiC的试样相比,材料的致密度有所下降,但硬度和耐腐蚀性能均得到提升;随着SiC添加量的增加,试样的生坯致密度和烧结致密度降低,而组织中的第二相增多,烧结试样的硬度值先增大后减小,其中含15%SiC的烧结试样硬度值最大,耐腐蚀性能随SiC添加量的增加而提高。