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(碳毡)/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。     

碳/碳复合材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展

碳/碳复合材料是一种性能优异的高温摩擦材料,作为刹车材料在航空工业已得到成功应用.但碳/碳复合材料的摩擦磨损性能强烈地依赖于试验条件和制备工艺.综述了各种因素对碳/碳复合材料摩擦磨损性能的影响,总结了碳/碳复合材料摩擦磨损机理,并指出了碳/碳复合材料摩擦学需进一步深入研究的问题及新的研究方向.     

碳毡／铜复合材料的制备及其物理性能研究

选用廉价的碳毡作为增强体，成功地摸索出用电沉积法制取碳毡／铜复合材料的工艺。研究了碳毡／铜复合材料的导电性能、热膨胀性能及电磁屏蔽性能。实验结果表明，该材料是一种较廉价且性能优越的新型功能复合材料。     

晶硅炉热场用碳材料在硅蒸汽中的腐蚀行为研究

对晶硅炉热场用三种碳材料(石墨、C/C复合材料、硬质碳毡)在不同腐蚀条件下进行了硅蒸汽腐蚀实验, 研究了不同碳材料的硅化腐蚀行为。结果表明: 三种材料的结构组成不同, 导致三种碳材料在高温环境下与硅蒸汽发生硅化腐蚀的程度不同, 硅蒸汽主要通过材料的孔洞以及缺陷扩散进入材料内部进行腐蚀, 腐蚀造成材料表面产生大量的裂纹, 并且会造成C/C复合材料以及硬质碳毡材料内部严重的破坏。材料中碳纤维的存在方式以及纤维强度对硅化腐蚀程度有较大影响, C/C复合材料中的腐蚀主要是碳基体和碳纤维的剥离以及碳纤维的缩颈、劈裂等; 而由强度较差的短碳纤维为主要组成的硬质碳毡材料的腐蚀最严重, 其内部碳纤维出现了明显的碎断、粉化。腐蚀参数对材料硅化腐蚀的程度具有较大影响, 随着腐蚀温度的升高以及腐蚀时间的延长, 三种碳材料的硅化腐蚀程度均增加。     

微米级短碳纤维/铜基复合材料组织和摩擦性能研究

以电解铜粉和酚醛树脂包覆的毫米级短碳纤维为原料,通过球磨-冷压-加压烧结制备了微米级短碳纤维/铜复合材料,研究了短碳纤维长度和分散程度对材料力学和摩擦性能的影响.结果 表明:球磨工艺可有效缩短碳纤维长度,制备均匀分散且长度均匀(20 ～40 μm)的微米级碳纤维,进而保证了材料在摩擦过程中可连续产生均匀细小的碳颗粒以阻碍材料的黏着,改善材料的摩擦稳定性和耐磨性.球磨时间不足时,短碳纤维长度差异大且局部存在纤维缠结,摩擦过程中富铜区黏着加剧,易产生片状脱落,磨损较大(2.32×10-4mm3/(m· N));球磨时间过长时,短碳纤维损伤严重,产生大量碳颗粒与短碳纤维共存,过多的碳铜界面和缺陷促进了材料摩擦过程中疲劳损伤导致的大量剥层磨损,耐磨性降低;球磨3h制备的复合材料综合性能较好,弯曲强度和体积磨损率达到332.9 MPa和1.00×10-4mm3/(m·N),摩擦系数波动范围宽度约为0.0834.     

碳/碳复合飞机刹车材料低能摩擦性能研究

研究了碳/碳(简称C/C)复合飞机刹车材料在低能载条件下的摩擦磨损性能,分析了刹车力矩与刹车速度之间关系曲线,探讨了C/C复合材料因能载变化出现摩擦系数最大值的根本原因.结果表明:随着刹车比压增加,摩擦系数最大值下降;低能条件下C/C复合材料摩擦面较粗糙,磨损率约为正常能载下的两倍.     

三维针刺碳毡增强碳/氮化硼复合材料的力学和介电性能

三维针刺碳毡中碳纤维的排布方式有利于电磁波的吸收。采用碳基体和氮化硼（BN）基体与三维针刺碳毡复合, 可望获得耐高温吸波复合材料。本文中采用先驱体浸渗裂解法（PIP）制备多孔三维针刺碳/碳（C/C）复合材料, 再利用化学气相渗透法（CVI）将BN引入C/C复合材料中, 最终获得了C/C--BN复合材料。研究了CVI时间对三维针刺C/C--BN复合材料微结构、 力学性能及介电性能的影响规律。随着CVI时间的增加, C/C--BN的密度增加, 孔隙率降低, 抗弯强度提高, 介电常数增加,介电损耗降低。在CVI时间达160h后, C/C--BN密度为1.43g/cm3, 总气孔率为25%, 抗弯强度达到82MPa。      

碳/碳复合材料密封性能分析

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,本文研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径.结果表明:C/C复合材料比高强石墨更适合用作航天动密封材料.碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好.C/C复合材料中的穿刺纤维以及贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能会产生很大的影响.     

碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究

对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究; 对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型, 建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示: 单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右, 在70.0%应力水平的疲劳载荷下, 面内剪切刚度退化最大可达30%左右; 三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高; 随着疲劳循环加载数的增加, 三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。      

莫来石与碳纤维协同填充的聚四氟乙烯基复合材料及其摩擦学性能

为了提高聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦学性能,采用机械混匀、带温预压及烧结等工艺制备了莫来石和碳纤维填充的PTFE基复合材料,并通过FTIR、XRD、万能材料试验机、洛氏硬度计、DSC及热机械分析分别表征了PTFE基复合材料的显微结构、力学性能和热学性能;然后,使用MRH-3 型高速环块磨损试验机测定了复合材料的摩擦系数和磨损率,通过自制的硅油砂浆磨损装置测定了复合材料在不同温度下的耐砂浆磨损性能;最后,借助3D测量激光显微镜研究了复合材料摩擦面形貌,并分析了摩擦磨损机制。结果表明:莫来石和碳纤维在PTFE体系中起到填充增强作用,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的弹性模量由364 MPa增加至874 MPa;20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的干摩擦系数较大,但其磨损率与纯PTFE相比降低了3个数量级以上,且此复合材料在水摩擦条件下仍能保持较好的摩擦系数和磨损率,摩擦系数为0.157,磨损率为7.40×10-6 mm3·N-1·m-1;此外,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料在较高温度下仍能表现出良好的耐砂浆磨损性能。所得结论表明改性得到的PTFE 基复合材料的摩擦学性能显著提高,复合材料可用于有杆抽油井防偏磨。      

纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦学行为

本文研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在于摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。研究表明,碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低,这主要归因于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。     

PTFE微粉/CF改性PEEK复合材料的摩擦磨损性能

为解决核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置的耐腐蚀问题,本文研究了碳纤维和聚四氟乙烯微粉改性的聚醚醚酮复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能.通过机械共混、高温模压的方法,制备了不同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)微粉/碳纤维(CF)/二硫化钼(MoS_2)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料.采用拉伸试验机和塑料洛氏硬度计测试其力学性能,采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜对其摩擦表面形貌进行分析.结果表明:复合材料在水润滑和油润滑时摩擦系数及磨痕宽度均较小,但水润滑时摩擦系数波动幅度较大且磨痕宽度略高;复合材料在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,油润滑时摩擦面可形成连续的润滑膜而保持光滑,水润滑时水流冲刷破坏了摩擦面上固体润滑膜的稳定性;CF质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递增,压缩强度达到164 MPa,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递减;CF质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数及磨痕宽度下降,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数下降,达到0.17.     

碳纤维含量对碳纤维／中铜石墨复合材料减摩耐磨性能的影响

在干磨擦条件下，对不同碳纤维含量的碳纤维／中铜石墨复合材料，进行了５０ｈ的摩擦磨损试验并借助扫描电镜观察了综们的磨面，结果表明，随碳纤维 增加，碳纤维．中铜石墨复合材料的摩擦系数和磨损量均明显减少。     

Friction and wear behavior of carbon nanotubes reinforced polyamide 6 composites under dry sliding and water lubricated condition

The friction and wear behavior of carbon nanotube reinforced polyamide 6 (PA6/CNT) composites under dry sliding and water lubricated condition was comparatively investigated using a pin-on-disc wear tester at different normal loads. The morphologies of the worn surfaces and counterfaces of the composites were also observed with scanning electron microscopy (SEM). The results showed that CNTs could improve the wear resistance and reduce the friction coefficient of PA6 considerably under both sliding conditions, due to the effective reinforcing and self-lubricating effects of CNTs on the PA6 matrix. The composites exhibited lower friction coefficient and higher wear rate under water lubricated condition than under dry sliding. Although the cooling and boundary lubrication effect of the water contributed to reduce the friction coefficient of the composites, the adsorbed water lowered the strength of the composites and also inhibited the formation of transfer layers on the counterfaces resulting in less wear resistance. With the increasing normal loads, the friction coefficient of the composites increased under the dry sliding and decreased under the water lubricated condition, owing to inconsistent influences of shear strength and real contact areas. The specific wear rate of the composites increased under both sliding conditions.     

碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-200型环-块摩擦磨损试验机对石墨(Gr.)及碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应.认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数,从而降低了碳纤维的脱落趋势,提高了复合材料的耐磨性.利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察.结果表明,本实验中20%的石墨和10%碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出,具有一定的应用价值.     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。     

碳纤维增强铜基复合材料的性能研究

采用粉末冶金法制备了短碳纤维增强铜基复合材料。经对不同碳纤维含量试样的硬度及导电性能的测定，并在干摩擦的条件下研究了碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能，同时对磨损表面的微观结构进行观察来分析其磨损机理。实验结果表明，随着碳纤维含量的增加，该材料的硬度和耐磨性均有所增加，但其导电性有所下降。     

复合材料在传动过程中的摩擦磨损行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料. 基于耦合应力等效模拟系统的开发, 采用摩擦扭矩的变化表征传动过程的摩擦磨损性能. 研究了以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理. C/SiC复合材料以其较低的摩擦扭矩、低的磨损率特别是在高载荷下的较小变形验证了良好的耐磨特性以及承载能力. 相同条件下其磨损率只有Ti合金的1/10～1/20. 低转速下磨损机理以磨粒磨损为主, 高载荷没有引起表面热裂纹.