炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。     

炭/炭复合材料石墨化度的XRD表征方法

研究了X射线衍射(XRD)法测定炭/炭复合材料石墨化度的原理和方法.实验结果表明:由于试样中含有不同石墨化度的组分,致使碳石墨的衍射线呈现明显的不对称,用不同方法所确定的峰位得到的石墨化度值差异很大,比较而言,通过拟合定位更接近材料真实情况,考虑了各组元的信息;另外,对C(002)峰进行多重峰分离处理,以各子峰的相对含量作权重,可以很明显地看出试样中不同石墨化度成分所占的比例,最终得到一个较为合理的石墨化度值.     

热处理温度对炭/炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明：随着最终热处理温度的提高，易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距缩小，石墨化度有较大提高；平行炭布方向的导热系数和垂直炭布方向的导热系数均有上升。同时，由于基体炭与炭纤维两者热膨胀系数的差别，热处理温度的提高，降低了基体与增强纤维的的结合强度，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低。试验还表明：随着热处理温度的提高，炭／炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜，摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态，磨损量下降明显。经l800℃热处理的质量损失主要是由氧化造成的。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

CVD沉积密度对2-D炭/炭复合材料力学性能的影响

将CVD法增密至1.34g/cm^3和1.61g/cm^3的两组试样热处理后进行力学性能测试，作为对比，将另外两组起始密度相近的样品经过树脂补充增密至1.80g/cm^3以上，经热处理后也作了力学性能检测。检测结果发现，对纯CVD法增密的试样来说，密度高的样品的力学性能值也较高；树脂浸渍补充增密后，样品的和力学性能明显优于纯CVD的低密度试样，浸前CVD起始密度高的样品的力学性能值也相对较高。对材料的力学性能初步分析认为，C／C复合材料的力学性能和失效方式不仅受材料密度的影响，而且也受基体炭种类，性质，如可石墨化，热处理温度等因素影响。相同条件下，石墨化度高的样品力学性能值偏低。     

热处理温度对碳纤维增强碳复合材料摩擦学性能的影响

釆用MM-1000型摩擦试验机,对化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)并经不同热处理温度制备的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料进行模拟飞机正常降落制动试验.通过扫描电镜对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察;测试了不同热处理温度下样品的硬度和石墨化度,并对摩擦机理进行了初步的分析.结果表明:随热处理温度升高(1 600～2 600 ℃),材料的石墨化度升高,硬度降低,磨损减小;摩擦系数先增加后减小,在2 200 ℃左右出现峰值(0.42);刹车时间随摩擦系数增大而缩短,在2 200 ℃处理时,刹车时间最短.C/C复合材料的磨损属磨粒磨损类型,硬质磨粒主要为CVI无定形碳颗粒,摩擦面微观形貌呈现典型犁沟条纹.适当石墨相在磨损过程中由于它的柔软性,增加了摩擦有效接触面积,提高了摩擦系数;过多石墨相的自润滑性,降低了摩擦系数,同时,石墨相改善了材料的耐磨性.     

沥青炭石墨化度的间接表征方法研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理。利用X射线衍射方法（XRD）检测了所得沥青炭试样的石墨化度；对比分析了几种试样的真密度、电阻率和磁阻。结果表明：沥青炭的石墨化度越高，其真密度越大；沥青炭的室温电阻率随石墨化度的增加而下降，随体积密度的增大而下降；在不同磁场强度下，随石墨化度的提高，磁阻增大。     

文摘

98014 玻璃炭的小角度 X 射线衍射及其石墨化/[刊,日]福山胜也,西泽节,四川惠子//炭素—1998,№182:85～90用小角度 X 射线衍射法研究了由酚醛树脂在950℃及在各种不同热处理温度下(HTT)制得的玻璃炭试样的结构。对于热处理温度高达1800℃的试样,随热处理温度增加,衍射强度逐渐增加,近似接近一个渐近值。在高于1800℃的热处理温度时,试样的衍射强度迅速增加。     

C/C复合材料导热性能的比较研究

选择了三种不同基体炭为主体,经成型、炭化与浸渍制备的样品为对象,采用扫描电镜(SEM),XRD和热导率测定等分析手段,分别研究了石墨化前后C/C复合材料的微观结构形态及导热性能变化.结果表明,炭化样品的视密度为1.61g/cm3～1.70g/cm3,石墨化度较低,且热导率较小.以D8μm单束丝经两维编制的样品呈现出整齐排列,热传导各向异性比为4.7倍.采用非编制纤维束黏结压制成型的样品以及石墨粉压制成型的样品,其导热性能在两维方向上表现为各向同性.2 700℃石墨化后样品的视密度在1.61g/cm3～1.69g/cm3,没有显著变化.热导率随石墨化度提高而增大,最大增幅达到石墨化前的15倍.单束丝样品热传导各向异性比从4.7扩大到6.3.非编制纤维束黏结压制成型样品的导热性仍保持各向同性,径向为222.27W/(m.K),轴向为243.40W/(m.K);此外,在室温～300℃范围内,2 700℃石墨化后C/C复合材料的热导率均随温度升高呈现出不同程度的下降趋势.     

制备工艺对中间相沥青基泡沫炭结构的影响

以煤沥青基中间相沥青为前驱体制备泡沫炭生料,经850℃和2300℃热处理分别得到炭化和石墨化泡沫炭,研究了发泡工艺参数和热处理温度对泡沫炭微观结构的影响。结果表明,较快的升温速率使泡沫炭易形成开孔型结构;随着压力的增大,泡沫炭的孔径减小、密度增大、孔隙率降低;经炭化和石墨化后泡沫炭孔径有所收缩,孔间的连通性增强;泡沫炭石墨化后孔壁及其韧带大部分转化成为高取向度的石墨晶体结构,微晶层间距和石墨化度分别为0.3376nm和0.733。     

文摘

X射线衍射全谱拟合法测定碳/碳复合材料的点阵常数 利用X射线衍射仪，采用全谱拟合的方法，测定三种不同炭材料的点阵常数、石墨化度及微晶参数，测得三种炭材料（每个样品重复5次试验）六方晶系的n的标准偏差小于     

高温热处理对C/C复合刹车材料摩擦磨损性能影响的研究

分析讨论了高温热处理温度对C/C复合刹车材料石墨化度及摩擦磨损性能的影响规律。研究表明:通过化学气相沉积法制备的C/C复合刹车材料热解碳结构与最终热处理温度无关,均呈现典型的粗糙型结构;从裂解态至2600℃热处理状态,C/C复合刹车材料石墨化度由7.3%提升至67.2%,对应综合导热系数由11.3 W·m~(-1)·k~(-1)增加至50.1 W·m~(-1)·k~(-1);材料摩擦系数随着刹车压力、单位面积能载和速度的升高呈现出逐渐降低的趋势,且相同条件下,石墨化度越高,摩擦系数及磨损率越高。     

高温热处理对C/C复合材料刹车盘尺寸的影响

研究了用CVI工艺制备的二维C／C复合材料刹车盘在进行高温热处理时的尺寸变化。第一次热处理时刹车盘直径增大，厚度减小；第二次、第三次热处理时刹车盘直径和厚度均增加。随着热处理次数的增加，刹车盘尺寸变化越来越小，趋于稳定。刹车盘尺寸的变化与C／C复合材料中碳原子的有序化重新分布和不同炭相产生应力裂纹等因素有关。     

石墨化度对炭纸耐腐蚀性能影响研究

通过调控炭纸制备过程中石墨化温度,得到具有不同石墨化度的质子交换膜燃料电池(PEMFC)用炭纸,并且进一步对其自身的耐腐蚀性能进行了表征分析。结果表明:2 200℃石墨化温度处理得到的炭纸基体炭更加光滑,而且炭纸石墨化度更高。对其进行电化学测试时其自腐蚀电流密度为0.96μA·cm~(-2),腐蚀电位为0.46 V,并在1.4 V加速腐蚀试验中其腐蚀电流密度趋于31.9μA·cm~(-2)。     

毡体热处理对炭/炭复合材料氧化行为的影响

将炭纤维毡体进行两组不同温度的高温热处理，然后采用化学气相沉积工艺制备炭／炭复合材料，考察了两组材料在不同温度、时间下的氧化失重率，利用X射线衍射技术分析了炭纤维的石墨化度，采用扫描电子显微镜观察了氧化前、后炭／炭复合材料的形貌，探讨了两组材料的氧化反应过程及其氧化行为差异的原因。     

针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响

采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学（垂直方向导热系数）、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m＆#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38％,32.2％,32.8％,38.9％,21％,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响.     

中间相炭微球模压高密高强炭/石墨材料的XRD研究

以中间相炭微球(MCMB)为原料,在100 MPa的压力下冷模压成型后,再经过热处理得到高密高强炭/石墨材料.考察了不同热处理温度对制品的力学性能以及微晶结构的影响.实验结果表明,MCMB制品具有较高的机械强度;制品的石墨化程度随热处理温度的提高而迅速提高,热处理温度超过2 400℃后,制品已经呈现出石墨化特征,经过2 800℃处理后,制品的石墨化度达刭了78%.     

不同炭化压力下沥青炭结构特性的研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理；测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了所得沥青炭的显微结构；利用XRD检测了不同炭化压力所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度。结果表明：随着炭化压力的增大．沥青炭的体积密度增大而开孔率减小；随着炭化压力的增大沥青炭显微结构有从流线型向镶嵌型和域型转变的趋势：流线型结构沥青炭石墨化度较高；沥青中QI组分也会影响沥青炭的显微结构。     

酚醛炭基C／C复合滑板材料的催化石墨化及其性能研究

通过溶剂分散法在酚醛树脂浸渍剂中引入催化剂,采用多次液相浸渍-炭化增密和催化石墨化处理的方法,制备出密度为1．60g·cm^-3左右、石墨化度大于77％的酚醛炭基C／C复合材料。对比考察了催化剂的引入和催化剂种类对酚醛炭基C／C复合材料石墨化度、电阻率、抗折强度和摩擦磨损性能的影响,探讨了酚醛炭基C／C复合材料用作受电弓滑板材料的可能性。结果表明：硼酸或二茂铁等催化剂的引入可显著提高酚醛炭基C／C复合材料的石墨化度,降低其电阻率和摩擦系数,改善其弯曲断裂韧性;添加硼酸催化剂的酚醛炭基C／C复合材料的导电性、抗折强度和摩擦磨损性能明显优于德国纯炭整体滑板材料,可望用作高速电力机车的受电弓滑板材料。     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。