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。      

原位法表征碳／碳复合材料界面性能的研究

用单丝顶出和束顶出法分别测试了细编穿刺碳／碳（Ｃ／Ｃ）复合材料不同层次的界面粘结性能，研究了生产工艺对不同层次界面性能的影响，建立了顶出试验的力学模型，并用有限元方法分析了界面上应力的分布情况，对可能的界面破坏模式进行了预测，为最终优化Ｃ／Ｃ复合材料的生产工艺提供了依据。     

多向细编碳/碳复合材料界面力学性能测试与表征

本文用自制装置研究了多向细编C/C复合材料纤维束性能,分析了工艺过程的影响。同时用界面微脱粘实验技术研究了C/C复合材料界面性能,给出了相应的理论模型和界面应力分布,提出了由界面脱粘力,纤维、基体和复合材料性能表征界面剪切强度的方法,为C/C复合材料优化设计提供了定量参数。结果表明:织物结构、织物编织工艺以及织物/基体复合对纤维的强度影响很大,降为原始纤维的20%左右,对模量影响小。不同界面层次,纤维/基体的界面结合情况和界面剪切强度不同,Z向纤维束中纤维/基体结合好,具有最高的结合强度,SEM观察证实有大量基体碳在纤维上枝联。     

高性能针刺碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能针刺碳/碳复合材料, 拓展其应用领域, 通过优化针刺工艺参数, 设计并研制了不同结构参数的针刺预制体。采用沥青高压致密化工艺将针刺预制体制备成一系列针刺碳/碳复合材料, 研究了针刺碳/碳复合材料的微观结构、力学性能和热物理性能。结果表明, 针刺预制体的针刺深度、针刺密度以及短/长纤维配比等对碳/碳复合材料的力学性能和热物理性能影响显著。当针刺深度为12 mm、针刺密度为22针/cm ²、短/长纤维比例为1.0 : 4.8时, 针刺碳/碳复合材料表现出优良的综合性能, 拉伸、压缩、弯曲、面内剪切和层间剪切强度分别达到207、228、285、54和28 MPa。     

抗氧化碳-碳复合材料涂层的界面研究

本文研究了碳-碳(C/C)复合材料的碳化硅抗氧化涂层系统的组成和成型工艺,给出了抗氧化性能试验和动态环境试验结果.经微观结构分析,认为在C/C基材表面反应生成的碳化硅涂层是化学转化涂层,与C/C基材是有机结合,并且具有成分连续变化的过渡界面,构成了一种功能梯度倾斜材料,使固渗碳化硅具有优异的性能.     

薄层化碳布缝合碳/碳复合材料制备与性能

为获得高性能、低成本碳/碳复合材料,以商用级T700大丝束薄层化碳纤维展宽平纹布和航空航天级T300小丝束碳纤维缎纹布为原材料制备缝合预制体,采用化学气相沉积工艺方法制备了一系列缝合碳/碳复合材料,对材料的气相致密化特征、微观结构特征和力学性能进行了测试与分析。研究结果表明,碳布规格和缝合间距对材料气相致密化效果和力学性能有较大影响。当选用T700-12 K、展宽16 mm大丝束纤维编织的面密度100 g/m2的平纹布为原材料且预制体缝合间距为5 mm×5 mm时,制备的密度为1.781 g/cm3薄层化碳布缝合碳/碳复合材料表现出良好的气相沉积工艺适应性和优异的力学性能,材料拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和层间剪切强度高达342.9 MPa、285.5 MPa、328.4 MPa和15.2 MPa。通过商用级大丝束薄层化碳纤维的应用,大幅降低了高性能碳/碳复合材料的原材料成本,且制备的碳/碳复合材料性能达到了国际先进水平。      

碳—碳复合材料中基体碳的性能

引言要想了解碳-碳(C/C)复合材料的性能和加工特点,就必须从全部宏观、次宏观、微观、亚微观力学的各个层次详细地了解复合材料中各组分间的相互作用。本文所述的作为全计划的部分内容有助于更好地了     

碳-碳编织复合材料微结构设计与力学性能预测

通过对多向编织C/C复合材料微结构的表征,研究了其多尺度的结构特征,并对各方向纤维束以及三向缎布穿刺等三维C/C编织复合材料微观组织结构进行设计,创建不同编织材料微结构的"重复性单元块"(RUC)的有限元模型。对构造的材料微结构进行了强度、热应力的分析,预测其不同方向的弹性模量、热膨胀系数以及温度对热膨胀系数的影响等,为通过数值分析方法研究C/C编织复合材料的力学性能提供了重要手段。     

碳/碳复合材料的疲劳行为研究

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.本文对近年来碳/碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述,总结出了疲劳行为特点.提出了"界面控制"疲劳机理分析模型,并用此模型合理解释了碳/碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的"疲劳强化"现象.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

高导热碳/碳复合材料微观结构及导热性能EI北大核心CSCD

采用国产沥青基碳纤维与中间相沥青制备多孔碳/碳(C/C)复合材料,通过化学气相渗透法(CVI)与前驱体浸渍裂解法(PIP)复合工艺增密,经不同温度高温热处理(HTT)后制备单向C/C复合材料和两向正交C/C复合材料。利用SEM,XRD对不同温度热处理的材料进行微观结构分析,并结合导热机理,分析材料导热性能。结果表明:2300℃热处理后,高导热C/C复合材料结构致密,单向C/C复合材料X向(平行于碳纤维轴向)、两向正交C/C复合材料X向、Y向表现出优异的导热性能;3000℃热处理后,C/C复合材料石墨片层结构明显,石墨化度提高了18.84%,微晶尺寸增大,导热性能进一步提高。两向正交C/C复合材料X向、Y向导热系数可由单向C/C复合材料X向、Z向导热系数计算推导。     

C/C复合材料的金相制样

详细论述了Ｃ／Ｃ复合材料金相样品的制备方法和金相样品制备过程中可能产生的问题以及控制和消除它们的方法,依此方法可确保获得一个平整的、能反映Ｃ／Ｃ复合材料真实显微组织和结构的金样样品。     

Microstructural characterisation and corrosion behaviour of laser cladded Al–12Si alloy onto magnesium AS41/carbon fibre composite

Abstract

The quality and properties of laser clad layers are dependent on the microstructure and properties of the interfaces with the substrate. The present paper reports, in details, on the characterisation of microstructure of the coating and interfacial layers evolved as a result of the CO₂ laser remelting of previously plasma sprayed Al–12Si alloy onto C short fibres reinforced AS41–Mg composite. Scanning electron microscopy (SEM), wavelength dispersive X-ray (WDX) analysis and X-ray diffraction (XRD) were employed to identify the phases arising in the interfacial layers. The latter are composed mainly of Mg₁₇Al₁₂ and Mg₂Si phases. XRD was conducted on the clad layers at different distances from the interface. At the same layers, the potentiodynamic polarisation in sodium chloride solution was measured and it was found that as the Mg content increases in the clad coating, the corrosion resistance decreases. However, the corrosion current of the clad coating is around two orders of magnitude lower than that of the C/Mg composite.     

钎焊工艺参数对C/C复合材料/Cu/Mo/TC4钎焊接头微观组织的影响

在钎焊温度为820～940℃,钎焊时间为1～30min的条件下,采用TiZrNiCu钎料、Cu/Mo复合中间层对C/C复合材料和TC4进行了钎焊实验。利用扫描电镜及能谱仪对接头的界面组织进行了研究。结果表明:在较低工艺参数下,Cu/C/C复合材料界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+TiCu+Cu2TiZr/TiC/C/C复合材料。随着工艺参数的提高,TiCu和Cu2TiZr反应相逐渐消失,Ti(Cu,Ni)2新相生成,此时的界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。钎焊工艺参数较高时界面结构为Cu/Cu51Zr14/Cu(s.s)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。随着钎焊温度的增加以及保温时间的延长,界面反应层Cu51Zr14和TiC反应层厚度增加。     

MoSi2-SiC 抗氧化涂层对碳/碳复合材料弯曲性能的影响

在C/C 复合材料表面制备了MoSi₂-SiC 抗氧化涂层, 分析了涂层工艺对C/C 复合材料组织的影响, 测试了材料的室温弯曲力学性能。结果表明, 该工艺在C/C 复合材料表面生成抗氧化涂层的同时, 基材内部的层间和纤维束界面, 以及孔隙周围也被硅化。C/C 复合材料经涂层工艺处理后, 弯曲断裂行为发生改变, 弯曲强度明显升高,塑性有一定程度的降低。      

CLVD法制备2D C/C复合材料

化学液气相沉积法 ( CL VD)是快速低成本制备 C/C复合材料的一种新型工艺。通过叙述该工艺快速制备 C/C复合材料的根本原因 ,并以 1 .5mm/h的速度制备了炭布层叠 2 D C/C复合材料 ,同时对该材料进行了力学性能测试和金相分析。实验结果表明材料性能优越 ,说明该工艺是制备 C/C复合材料的理想工艺。采用 GC/MS质谱对煤油沉积回收物进行了成份分析 ,并对用 CL VD法制备 C/C复合材料的设备提出了一些改进建议。     

板状C/C复合膜的制备及其气体分离性能

以商用PMDA-ODA型聚酰胺酸为涂膜液,采取旋转涂膜技术在煤基板状炭膜支撑体上制备成C/C复合膜.研究了旋转涂膜次数、支撑体性质、支撑体表面预浸渍处理及加入表面改性剂对C/C复合膜气体分离性能的影响,采用扫描电镜对炭膜的复合效果和微结构进行表征.结果表明:随着旋转涂膜次数的增加,气体的渗透速率下降、分离系数增加;与无烟煤支撑体相比,以烟煤支撑体制备的C/C复合膜气体渗透速率和分离系数均较大;无烟煤支撑体经预浸渍处理后可以提高C/C复合膜的气体渗透速率;涂膜液中加入表面改性剂可以改善涂膜液和支撑体的复合效果,经一次涂膜即可制备出具有分子筛分性质的C/C复合膜.以烟煤为支撑体制备的C/C复合膜对H2/N2、CO2/N2和O2/N2的分离系数分别为94.3、18.3和10.2;空气中O2/N2分离系数为10.8,氧气的渗透速率为4.99×10-9 mol·m-2· s-1· pa-1,一次富集氧气浓度达到74.4％.     

载气对C/C复合材料CVI热解炭显微结构的影响

在1000℃,0.5 kPa丙烯分压条件下,以N₂、H₂为载气和无载气情况下于热梯度CVI炉中制备了C/C复合材料,研究了载气特别是氢气对材料基体热解炭显微结构的影响。通过偏光显微镜测定材料不同区域CVI热解炭的消光角,分析热解炭显微结构在试样中的分布规律。结果表明: N₂在CVI过程中充当惰性角色,不影响热解炭的显微结构; H₂可以调节热解炭沉积时的微环境气氛,更有利于得到粗糙层结构热解炭。试样增密延长炭源气滞留时间,引起带状结构热解炭中显微结构的突变。借助氢气作为载气,可以实现对C/C复合材料中热解炭显微结构的更优控制。      

钛网添加对镁/铝复合板微观组织和力学性能影响研究

目的 有效抑制镁/铝复合板界面处金属间化合物的形成。以钛网为中间金属夹层,研究它对镁/铝复合板微观组织和力学性能的影响。方法 利用复合轧制技术制备以钛网为中间金属夹层的镁/铝-钛复合板,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机等对复合板退火前后的微观组织和力学性能进行表征和分析,系统研究中间层钛网对轧制态和退火态复合板微观组织、织构、拉伸性能、界面结合强度的影响规律。结果 中间层钛网均匀分布在镁/铝-钛复合板界面处,钛网的添加能有效抑制复合板退火过程中镁-铝金属间化合物的连续生长,减少金属间化合物的数量。与镁/铝复合板相比,钛网的添加对轧制态和退火态复合板中镁层和铝层的平均晶粒尺寸和织构类型的影响较小。与镁/铝复合板相比,钛网的添加降低了轧制态复合板的界面剪切强度和延伸率,但极大提升了退火态复合板的界面剪切强度、拉伸强度和延伸率。结论 中间层钛网的添加可有效减少复合板界面处金属间化合物的数量,提升退火态复合板的综合力学性能。     

热梯度CVI制备大尺寸C/C复合材料的致密化行为

以整体毡为纤维增强体, 采用外壁恒温控温和内壁恒温控温两种方式, 通过热梯度化学气相渗透(TG-CVI)工艺研究了大尺寸C/C复合材料的致密化行为。结果表明, 外壁恒温控温方式制备的试样密度仅为0.64 g/cm³, 呈现出两边高中间低的特点, 热解碳结构为粗糙层与光滑层相结合。而内壁恒温控温方式制备的试样密度达到0.98 g/cm³, 致密效率相比提高了73.79%, 热解碳结构为具有优异性能的粗糙层结构, 试样内部密度分布均匀。通过与外壁恒温控温相比, 内壁恒温控温方式具有较高的温度和合适的温度梯度, 致密化行为符合理想致密化模型, 能够实现大尺寸C/C复合材料由内至外的正向密度增长, 致密均匀, 致密效率高, 且碳结构优异。     

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa,保压时间选择1．5min,预烧温度在1700℃时,可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC,AlB2,Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在,渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。