三维机织碳/碳复合材料双轴压缩载荷下的力学行为

基于三维机织碳/碳复合材料的细观结构特征, 设计平板十字形试样, 在材料双轴力学性能试验机上开展了复合材料单轴、 双轴加载压缩试验, 对比分析了三维机织碳/碳复合材料在双轴压缩载荷下的力学行为。研究表明: 三维机织碳/碳复合材料的压缩行为表现为非线性、 脆性断裂; 双轴载荷作用下非线性特征更为显著, 压缩模量随应力的增加而增大, 强度与模量相较于单轴有较大幅度增加, 双轴压缩载荷作用下材料的强化效应显著; 试样破坏位置并未出现在试样中心区, 而是发生在试样的加载端部或十字形试样的加载分枝根部, 主要表现为基体开裂、 纤维断裂和层间脱粘, 碳布及其层间界面剪切强度的强弱直接影响材料的压缩强度。     

碳材料的高温滑动特性

1)由于碳材料具有自润滑性,所以它被广泛用作滑动机件。尽管已有许多关于碳材料滑动特性的报道,但大都是在室温下或真空中高温下的滑动特性,在大气中高温下滑动特性的报道则很少。我们用推拉型摩擦磨损试验机,在大气中高温情况下对几种碳材料的动摩擦系数等滑动特性进行测试。为了比较,使用了园盘旋转型摩擦磨损试验机。测定下述几种碳材料的滑动特性。     

碳毡/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用改进的快速通电加热测试技术,模拟碳毡／碳复合材料的超高温工作环境,对其高温下的拉伸、压缩力学性能进行了全面的测试,并计算了材料在不同温度下的抗热应力系数．结果表明,材料的模量和强度在一定范围内随温度的升高而增加．材料的拉伸性能ＸＹ向优于Ｚ向,而压缩性能Ｚ向优于ＸＹ向．材料的抗热震性能随温度升高变化平稳,ＸＹ向的抗热震性能优于Ｚ向．     

电解铝预焙碳阳极的热导率

在室温和直到700℃的高温下,采用瞬时“热片”法(THS)测定了10个预焙碳阳极的热导率     

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层. 借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征, 采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律. 结果表明: 制备的多相涂层结构致密, 涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大, 断裂特征由假塑性向脆性转变. 涂层试样经1500℃至室温20次热震后, 涂层试样的弯曲强度降低, 塑性增强.     

三维碳/碳复合材料板件拉伸强度预报

针对三维碳/碳复合材料板件开孔敏感性问题进行了试验与有限元分析。建立了三维碳/碳复合材料代表体积单元(RVE)和完好板件、开孔板件的有限元模型,给出了宏观应力到细观应力的转换方法,并基于此方法,实现了完好板件、开孔板件拉伸破坏过程的数值模拟。进行了三维碳/碳复合材料完好板件和开孔板件的单向拉伸试验,模拟计算结果与试验结果吻合良好。分析了不同宽径比(WTDR)对开孔板件拉伸强度的影响,其中当宽径比达到6时,开孔板拉伸极限强度相比完好板下降11.5%,可以认为如果宽径比不低于6,开孔对板件拉伸极限强度影响较小。该结论可以为碳/碳复合材料开孔板件设计提供指导。     

碳／碳复合材料的高温蠕变研究

综述了外对碳／碳复合材料及碳纤维的高温的高温蠕变及蠕变机理的研究情况。     

碳螺旋纤维的阻抗特性研究

利用化学气相沉积（CVD）法制备微米尺度的碳螺旋纤维, 通过设计的拉伸装置引导试样中的碳螺旋纤维沿拉伸方向有序排列, 使用光学显微镜观察其形貌及排列情况. 具体研究了定向排列碳螺旋纤维的交流阻抗特性, 结果表明：低频时碳螺旋纤维的阻抗和辐角保持不变, 表现为纯电阻行为, 但是高频时（f>10kHz）阻抗和辐角随交流频率升高而迅速减小; 并且碳螺旋纤维对其被拉伸状态很敏感, 阻抗值随拉伸长度增大而增大. 该研究对开发碳螺旋纤维在微电路和微纳米感应器技术中的应用有重要意义.     

混杂碳/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用快速通电加热测试技术,模拟混杂碳/碳复合材料的超高温工作环境,测试了材料不同温度下的拉伸、压缩力学性能,得到了材料的拉伸、压缩强度与模量随温度的变化规律,并给出了相应的拟合曲线。结果表明:材料的强度和模量在一定范围内随温度的升高而增加,在2000 K~2400 K之间达到最大值,当温度超过2700 K后迅速下降。材料轴向的拉伸、压缩性能随温度的变化较横向缓慢,强度的变化范围较模量的小。     

高性能二维碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能热结构复合材料,以国产T300碳纤维为原料,通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料,并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明:碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响,当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时,二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能,拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa,达到了国际先进水平;在模拟典型服役环境考核状态下,制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当,均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象,表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。      

炭黑/聚合物复合材料的研究进展

综述了炭黑／聚合物复合材料的研究进展。该类复合材料主要是通过共混、接枝、沉积、聚合制备的。讨论了聚合物结构、分子量及表面张力对炭黑填充的聚合物及共混物的导电性和物理性质的影响，以及用不同聚合方法制备炭黑／聚合物复合材料。着重讨论了如何获得低渗流阈的炭黑填充的导电复合材料及制备聚合物为壳，炭黑为核的核壳材料。     

碳纳米管的纯化

碳纳米管的研究是纳米材料研究中的新领域。本文介绍了数种不同的碳纳米管的纯化方法,并且对其纯化机理做了解释。     

纳米碳管/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

报道了利用催化裂解法制备的纳米碳管合成环氧树脂复合材料的技术及工艺条件。利用透射电子显微镜(TEM)对制备的复合材料进行观察表征;通过拉伸及压缩实验对纳米碳管/环氧树脂复合材料的力学性能进行了测试。实验结果表明:纳米碳管的加入可以明显地改变环氧树脂基体材料的力学性能。      

毡基碳/碳复合材料氧化动力学研究

本文研究了不同温度(773～1173K)条件下,毡基碳/碳复合材料的氧化动力学行为,并利用扫描电镜观察分析了不同氧化程度的碳/碳复合材料显微组织。实验结果表明:毡基碳/碳复合材料在各温度下氧化速度均不随时间而变化。在高于和低于873K时,其氧化机制不同,二者的活化能分别为128kJ/mol和96kJ/mol;同时,碳/碳复合材料氧化过程中。碳毡优先氧化,随着氧化过程进行到后期,基体碳氧化程度加剧。另一方面,毡基碳/碳复合材料的氧化速度主要受该材料的表面反应、气体扩散、催化剂等因素的影响。     

碳纤维布增强二次受力RC构件轴心抗拉试验研究

结合在役钢筋混凝土受拉构件承载力不足的特点,在8根钢筋混凝土构件轴拉试验基础上,对碳纤维布加固后预加载程度、持载程度对构件开裂荷载、极限荷载的影响进行分析,并提出受力构件的抗拉承载力计算式。研究表明,粘贴碳纤维布可以有效地提高二次受力钢筋混凝土轴拉构件极限承载力,限制裂缝宽度。所提公式与试验数据有较好的一致性,可供实际工程设计参考。该文研究成果对二次受力钢筋混凝土轴心受拉加固具有理论指导意义和工程应用价值。     

高摩擦学性能碳／碳复合材料研制

探索了高摩热学性能碳／碳（Ｃ／Ｃ）复合材料的制备途径，设计出了高摩擦学性能Ｃ／Ｃ材料的组织模型，并按模型制备出了在碳纤维上分布着球状沉积碳组织的Ｃ／Ｃ材料，实验表明：这种Ｃ／Ｃ材料具有良好的摩擦磨损性能，刹车力矩和速度的关系曲线平稳，初始力矩峰值小，摩擦系数适中；磨损率小，摩擦面光滑；试样无分层、碎裂、掉块等失效情况。     

A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学研究

本文采用等温氧化实验方法,在800～1000℃、氧分压21.3kPa的条件下研究了A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学行为;借助质谱全元素分析技术研究了杂质催化对其氧化速率的影响,并利用扫描电镜观察分析了氧化反应前后A3-3碳/碳复合材料的表面形貌。研究结果表明:A3-3碳/碳复合材料在氧化时,其氧化速率开始时随氧化失重和氧化时间的增加而迅速增大,然后趋向一个稳定值;其稳定氧化速率为:r=119exp(-15613/RT)mg/cm2·h;此时,其氧化速率不受杂质催化的影响,其抗氧化能力与氧化时间和氧化失重无关;影响A3-3碳/碳复合材料抗氧化能力的主要因素是酚醛树脂炭的抗氧化能力。     

C/C 复合材料增强体结构对性能影响的研究

研究了四种C/C 复合材料增强体(1K 碳布、3K 碳布、1K 碳布+ 碳纸、1K 碳布+ 特殊碳毡) 结构对弯曲性能的影响。结果表明: 用这四种增强体制备的C/C 复合材料表现出明显的假塑性, 弯曲断口的宏观形貌呈“之”字形, 其总体力学性能良好, 但也具有较大差异。本文作者结合材料的微观形貌对这些特点的成因进行了分析。      

预报三向碳碳材料在大偏轴角拉伸时的切口强度模型

三向碳碳材料在大偏轴角拉伸时,用纤维束的剪切强度来确定其切口强度,不会招致太大误差。先测定纤维束的剪切强度和基体碳的剪切强度,然后把3DC/C看成为正交异性均匀材料作平面力分析求得离切口较远处的位移场,以此为边界条件,求切口尖端附近的三维应力场。用Zweben的统计准则求出三向碳碳材料在大偏轴角拉伸下的切口强度,并用实验验证。      

纳米陶瓷／炭复合材料自愈合抗氧化行为

用非等温氧化法研究了陶瓷／炭复合材料在氧气中的损伤－愈合过程。考察了纳米级弥散的碳化硅颗粒在氧化过程中的行为；对氧化物保护膜的形态和组成进行了观察与表征；初步阐明了纳米陶瓷颗粒弥散强陶瓷／炭复合材料仿生自愈合的过程及机理。