C/C-Cu复合材料的微观结构与冲击性能

以炭纤维针刺整体毡为增强体,采用化学气相渗透(CVI)工艺制备出不同密度的炭/炭(C/C)多孔体,利用气压浸渍法将Cu合金渗入到C/C多孔体中制备C/C-Cu复合材料。在简支梁摆锤式冲击试验机上测试C/C-Cu复合材料的冲击性能,采用金相显微镜和扫描电镜观察材料的微观结构和断口形貌。结果表明:铜合金在C/C多孔体中分布均匀;C/C-Cu复合材料垂直方向的冲击韧性优于平行方向的冲击韧性;随C/C多孔体密度的增加,材料的冲击韧性先增加后降低。C/C多孔体密度适中(1.44 g/cm3)时,C/C-Cu复合材料内炭纤维、热解炭、铜合金等组分协同作用,在平行和垂直2个方向的冲击韧性都达到最大值,分别为2.68 J/cm2和4.45 J/cm2,具有假塑性断裂行为的特征。     

国内C/C复合材料的研究发展现状

成本高、制备周期长、抗氧化性能差是目前C/C复合材料存在的主要问题.作者简述了碳纤维对C/C复合材料成本的影响,重点介绍了国内C/C复合材料的制备工艺和抗氧化涂层方面的研究现状,探讨了今后的发展方向.     

C/C复合材料SiC涂层裂纹形貌及分布的研究

由于涂层与C/C复合材料之间热膨胀系数不匹配,当冷却至室温时在高温下制备的抗氧化涂层会产生裂纹,为分析涂层裂纹的组态,通过在碳毡和真空穿刺两种C/C复合材料基体上制备单层、双层SiC涂层来研究涂层裂纹的形貌及分布.利用金相显微镜和扫描电镜观察两种涂层裂纹的形貌和分布,解释了裂纹与涂层所受热应力及基体原有缺陷的关系,利用XRD分析了单层和双层涂层的成分,说明了不同类型SiC结构与涂层裂纹之间的联系.结果表明涂层裂纹分布及裂纹宽度与基体纤维方向有关;随着涂层厚度增大,微裂纹数量减少;基体原有缺陷会导致涂层产生穿透性裂纹.     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其影响因素的研究进展

比较了C/C-SiC复合材料的3种主要制备方法,介绍了反应熔渗法制备工艺,以及液Si渗入C/C多孔体、液Si与固体C反应和C/C-SiC复合材料性能的主要影响因素,提出了尚待解决的关键问题。     

C/C复合材料密度及预氧化处理对SiC涂层的影响

采用包埋法分别在密度为0.8、1.4和1.8 g/cm³的炭/炭(C/C)复合材料表面制备SiC涂层,选择密度为1.8 g/cm³的试样研究预氧化处理对涂层结构和抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的显微组织和物相组成,用1500℃静态空气氧化方法测试涂层的抗氧化性能。结果表明,随C/C复合材料密度增大,涂层嵌入基体的深度越小,涂层与基体的分界越明显。密度为1.8 g/cm³的C/C复合材料进行预氧化处理后,表面粗糙度增大,表面的炭纤维周围产生了环形孔隙,再经过包埋制备SiC涂层,涂层厚度增加且更加均匀致密。将样品于1500℃静态空气中氧化334 h后,氧化质量损失率为0.684×10^?4 g/(cm²·h),氧化后表面生成了莫来石相,抗氧化性能有明显提升。     

分散炭纤维对C/C-SiC复合材料压缩性能的影响

以短炭纤维为增强体,采用浸渍模压炭化增密工艺制备C/C多孔体,结合反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料。采用电子万能试验机测定复合材料的压缩性能,利用扫描电镜观察该材料及其断口显微形貌;研究纤维分散性对C/C多孔体孔隙和C/C-SiC复合材料压缩性能的影响。结果表明:分散炭纤维制备的C/C多孔体中纤维分布更均匀,没有因纤维束搭桥而产生大孔隙等缺陷;分散纤维增强的C/C-SiC复合材料在平行方向和垂直方向均有较好的压缩性能,其压缩强度分别为100.6 MPa和76.2 MPa。     

热梯度CVI制备C/C复合材料工艺技术研究进展

介绍了热梯度CVI制备C/C复合材料的工艺原理、工艺特点及其研究进展.     

抑弧油对滑板用C/C复合材料载流磨损性能的影响

采用真空浸渍抑弧油(以下简称浸油)工艺制备受电弓滑板用炭/炭(C/C)复合材料,并对未浸油/浸油的C/C复合材料进行载流磨损性能测试,采用SEM对C/C复合材料断面、磨损面及其磨屑的微结构进行表征。结果表明:浸油可降低C/C复合材料的摩擦因数且其稳定性优于未浸油C/C复合材料;载流摩擦条件下,抑弧油可提高C/C复合材料的载流磨损性能,浸油C/C复合材料的磨损率约为未浸油C/C复合材料的1/3。未浸油C/C复合材料/铜的磨损机理主要是电火花烧蚀、氧化磨损和剥层磨损的综合作用;浸油C/C复合材料/铜的磨损机理主要是轻度冲击磨损、剥层磨损和轻微的电弧侵蚀磨损。     

多孔体密度对C/C-Cu复合材料压缩性能的影响

以炭纤维无纬布/网胎针刺整体毡为增强体,采用化学气相浸渗(CVI)法制备不同密度的炭/炭(C/C)多孔体,并进一步加压浸渗铜合金制备炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,研究C/C多孔体密度对C/C-Cu复合材料压缩性能的影响。结果表明:C/C-Cu复合材料压缩强度在平行和垂直方向差异小;随C/C多孔体密度升高,C/C-Cu复合材料压缩强度提高,各向异性得到改善;多孔体密度为1.65 g/cm3时,材料在平行和垂直两个方向的压缩强度都达到最大值,分别为323.8 MPa和326.6 MPa;平行方向以多层复合剪切破坏形式为主;垂直方向基本沿45°对角线方向剪切破坏。     

包埋法制备SiC涂层C/C复合材料及真空热处理对涂层的影响

采用Si、C及Al2O3粉末为原料,利用包埋法结合真空热处理在C/C复合材料表面制备SiC涂层.并利用XRD、SEM等测试手段分析真空热处理对涂层C/C复合材料的组织结构和力学性能的影响.研究结果表明:包埋粉料中Si含量为84.5%和87.0%(质量分数)时,所制备的SiC过渡层由β-SiC、α-SiC和Si三相组成....     

浸渍工艺对炭/炭复合材料力学性能的影响

对浸渍前后C／C复合材料抗弯强度、剪切强度和耐压强度进行了对比,分析了浸渍工艺过程对C／C复合材料力学性能的影响。结果表明,浸渍工艺对C／C复合材料力学性能有明显提高,抗弯强度由浸渍前的101MPa提高到浸渍后的159MPa,剪切强度由浸渍前的8．6MPa提高到浸渍后的12．1MPa,耐压强度由浸渍前的82MPa提高到浸渍后的136MPa。分析浸渍前后C／C复合材料断口的扫描电镜照片,得出浸渍工艺与CVD工艺的生长层具有类似的微观结构。     

C/C坯体密度对熔融渗硅法制备的C/C-SiC复合材料摩擦行为的影响

以密度分别为0.92,1.10和1.46 g/cm3的多孔C/C材料为坯体,采用熔融渗硅法获得密度分别为1.94,1.86和1.79 g/cm3的C/C-SiC复合材料A、B和C。将C/C-SiC复合材料与40Cr钢配副进行滑动摩擦实验,研究其摩擦磨损行为。结果表明:随载荷增加,坯体密度为1.83 g/cm3的材料B的摩擦因数较稳定,基本围绕0.60波动,波动幅度0.2。材料A的摩擦因数波动幅度为0.3,而材料C的摩擦因数呈直线下降,降幅最大达0.5。但随时间延长,在试验载荷下,材料A的摩擦因数稳定性最好,波动幅度为0.07。SEM形貌表明,低载荷下,C/C-SiC复合材料的陶瓷相磨屑易聚集在摩擦膜边缘,而高载荷下磨屑分布较均匀,但摩擦表面都较粗糙,未形成完整、致密的摩擦膜。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响

通过对不同纤维体积分数的炭/炭复合材料进行力学性能,导热、导电性能试验,分析了纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响.结果表明,初始坯体的纤维体积分数对炭/炭复合材料的力学性能影响较大;导热、导电性能则与材料内部结构有关而与纤维体积分数的关系不大.当预制坯体的纤维体积分数在25％～30％时,炭/炭复合材料的力学、导热、导电性能为最好.     

炭/炭复合材料生产线人员优化组合探讨

炭/炭复合材料生产在我国才开始起步,如何搞好炭/炭复合材料生产线的建设在进行探索中.据此,根据现有炭/炭复合材料生产的工艺流程、技术及设备,以年产5 000盘飞机机轮炭/炭刹车盘生产线为例,介绍了其工艺流程和人员的优化组合情况,明确各个岗位的职责,对如何充分发挥员工的积极性和主动性.合理调配和使用人员等方面作了一些探讨.     

石墨化度对C/C复合材料摩擦性能的影响

用X射线衍射方法对不同热处理温度处理的C/C复合材料的石墨化度进行了检测,同时对这三种不同石墨化度的C/C复合材料模拟飞机刹车时正常着陆、超载着陆、终止起飞条件进行了摩擦性能研究,得出了石墨化度与摩擦系数、表面吸收功率、稳定系数之间的关系。     

C/C复合材料致密化工艺研究新进展

介绍了C/C复合材料的致密化工艺,包括液相浸渍工艺、化学气相沉积工艺、快速低成本致密化工艺以及其它致密化工艺。     

浸渍工艺对炭/炭复合材料力学性能的影响

通过对浸渍前后C/C复合材料抗弯性能、剪切性能和耐压性能的比较,分析了浸渍工艺过程对C/C复合材料力学性能的影响.浸渍工艺使C/C复合材料力学性能有明显改善:抗弯强度由浸渍前的101MPa提高到浸渍后的159 MPa,剪切强度由浸渍前的8.6 MPa提高到浸渍后的12.1MP,抗压强度由浸渍前的82 MPa提高到浸渍后的136 MPa.浸渍前后C/C复合材料断口的扫描电镜照片分析可得出浸渍工艺的炭生长层有与CVD工艺类似的微现结构的结论.     

石墨化度对C/C复合材料摩擦性能的影响

用X射线衍射方法对不同热处理温度处理的C/C复合材料的石墨化度进行了检测 ,同时对三种不同石墨化度的C/C复合材料模拟飞机刹车时正常着陆、超载着陆、终止起飞条件进行了摩擦性能研究 ,得出了石墨化度与摩擦系数、表面吸收功率、稳定系数之间的关系。     

以不同酚醛树脂制备的C/C-SiC复合材料的力学性能

选用热固性酚醛树脂A和热塑性酚醛树脂B分别与短炭纤维、石墨粉、硅粉、碳化硅按一定比例混合后,采用温压-原位反应法,制得具有不同树脂炭基体的C／C-SiC复合材料的试样1和2,并对其力学性能进行研究,以期优化该复合材料的成分配方和进一步提高其技术性能。结果显示：试样1在垂直于纤维层方向的压缩载荷及弯曲载荷作用下,未出现纤维拔出、脱粘等现象,界面结合较强,呈现脆性断裂,压缩强度σ⊥=60．7MPa,弯曲强度σb=34．5MPa;而在平行于纤维层的压缩载荷作用下,纤维与基体存在剪切作用,出现纤维脱粘,呈现韧性断裂,σ∥=52．6MPa。试样2由于纤维的分散性不好,大量聚集在一起,在压缩和弯曲载荷作用下,均存在纤维的拔出和脱粘现象,界面结合较差,材料呈现韧性断裂,强度较低,σ⊥=45．8MPa,σ∥=19．4MPa,σb=16．1MPa。     

航空刹车用炭/炭复合材料沥青浸渍法增密研究

以CVD工艺预增密至一定密度的自制刹车用炭/炭(C/C)复合材料和国外C/C复合材料刹车片为研究对象,分别采用中温沥青及高温沥青为浸渍剂,对C/C刹车片进行浸清-炭化新工艺补充增密处理.结果表明:自制及国外C/C刹车片均具有较好的可浸渍性;可以采用沥青浸渍-炭化法高效增密;两种沥青相比,高温沥青残炭率更高,但也易产生难石墨化炭;针对整个沥青而言的宏观残炭率与只针对样品而言的实际残炭率的差距随着炭化压力提高而变小,因而,为了快速制取C/C复合材料刹车片,必须提高炭化压力;新工艺补充增密后C/C复合材料刹车片样品各项性能比增密前均有显著的提高.