炭／炭复合材料

炭／炭复合材料０引言大孔炭材料，如泡沫炭、炭毡等，通常表观密度在０．０５～１．００ｇ／ｃｍ３的范围。这些材料被用于热绝缘体或熔融金属过滤器。但是其它形式的用炭纤维增强结构的低密度炭材料受到关注。炭纤维增强炭的低密复合材料可用针刺炭毡制备。无纺织物的三...     

影响炭／炭复合材料摩擦学性能的因素分析：材料的性质

影响炭／炭复合材料摩擦性能的因素很多，综述了国内外的研究现状，评价了材料的譬质对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响，阐述了模量、石墨化度、密度、预制体的类型、基体类型、热解炭结构等因素。     

脉冲FCVI制备炭/炭复合材料的微观结构及力学性能

采用脉冲强制流动热梯度化学气相渗透（IFCVI）法制备了毡基炭／炭复合材料。借助偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解炭的微观组织结构及断口形貌特征；用弯曲实验测定了材料的力学性能。结果表明：采用脉冲FCVI，经1000℃～1250℃，100h致密化，2300℃热处理后，炭／炭复合材料的密度可达1．7g／cm^3，弯曲强度为125．4MPa，挠度为0．61mm。该工艺致密化速率快，所制备材料的密度分布均匀、力学性能好。研究表明，温度是影响材料组织结构的主要因素，高温条件下有利于粗糙层热解炭组织的生成，而低温有利于光滑层热解炭组织的生成，一般因沉积环境复杂多变，常得到混合型组织。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。     

短切纤维炭/炭复合材料磁电阻特性研究

研究了经不同温度下热处理后短切纤维模压预制体炭／炭复合材料样品的磁电阻特性。研究结果表明C／C复合材料的磁电阻一位向关系曲线的形状与C／C预制体结构有关，不同预制体结构的材料，磁电阻一位向关系曲线形状不同。C／C复合材料出现磁电阻恒为0的起始温度与材料的石墨化特性有很大关系。石墨化程度越高，材料的磁电阻越大，磁电阻达到0时的测量温度越高。研究发现，磁电阻一测量温度曲线回归方程的斜率随热处理温度的增加而降低，且斜率-热处理温度的变化曲线与材料d002随热处理温度的变化曲线形状类似。     

炭/炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态

综述了近年来炭／炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态，重点阐述了不同改性方法对煤沥青的残炭率及高温流变性能的影响，指出了开发综合性能优良的改性煤沥青是制备低成本高性能炭／炭复合材料的关键。     

炭／炭复合材料

炭／炭复合材料是以炭纤维增强炭基体的复合材料,该材料源于一次意外的发展,1958年美国CHANCE VOUGHT实验室进行碳／酚醛实验时失误导致得到炭基体。由此,在复合材料家族中又增加一个新成员。     

湿度对炭／炭材料摩擦性能影响

本文研究了炭／炭（Ｃ／Ｃ）复合材料湿态摩擦性能。考察了在湿态下刹本能量、刹车比压对化学气相沉积Ｃ／Ｃ复合材料摩擦性能的影响规律。试验结果表明：环境湿度强烈地影响着Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦学性能，在湿态下其摩擦系数减小；随着刹车能量、刹车比压的增加，摩擦系数进一步衰减。     

炭布叠层/热解炭复合材料导热系数与石墨化度的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD，分析了一种炭布叠层／粗糙层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系，建立了二者之间的定量数学模型，并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明，复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的2倍，但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高．两个方向导热系数与石墨化度之间关系可分别表示为：λ=31．22 8．62exp(g／27．10)及λ=6．08 892exn(g／33.99)。     

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀微观结构的影响

详细分析和比较了3D炭／炭复合材料及其添加难熔金属碳化物的试样在三种烧蚀条件下的烧蚀结果、微观结构及形貌。SEM观察结果显示，纤维与基体间的界面优先烧蚀现象对纯炭／炭试样是普遍存在的，相反，对难熔金属碳化物掺杂的炭／炭试样而言，纤维却总是优先被烧蚀；纤维单丝相对基体优先烧蚀越明显，材料宏观烧蚀率越大。对纯炭／炭试样烧蚀表层区的TEM观察结果表明，在烧蚀过程中炭纤维和基体炭均发生明显的微观结构变化，具体表现为炭纤维的微晶尺寸显著长大，而基体炭原有层片区则出现柱状炭。烧蚀测试条件对材料宏观和微观形貌及烧蚀机理都有影响：     

由炭布制备C／C复合材料工艺及性能的研究

为通过快速增密和低设备成本降低C／C复合材料的成本,采用中压浸渍、炭化多次循环的工艺制备了快速增密的C／C复合材料。该工艺以Z向增强的层叠炭布为增强体,不同软化点的中间相沥青和改性沥青为浸渍剂。考察了浸渍工艺,并研究了所得C／C复合材料的力学性能和断裂形貌。结果表明,中间相沥青及改性沥青等高残炭收率沥青是C／C复合材料极佳的浸渍剂,有利于快速增密。8次循环后（约2周时间）,复合材料的密度从0.84g/cm^3增至1.76g/cm^3。炭布层叠Z向增强的C／C复合材料有良好的力学性能,而且其性能随着密度的增加而提高。所得复合材料的密度达到1.76g/cm^3时,拉伸强度为87.03MPa,弯强为113.56MPa,压缩强度为199.49MPa。     

CVR法抗氧化处理对炭/炭复合材料氧化行为的影响

采用化学气相渗透 (CVI)炭和硅蒸汽与碳直接反应的化学气相反应法(CVR) 相结合,制备了针刺炭布C/C/SiC复合材料,研究了材料的氧化性能及氧化形貌。结果表明:制备的密度为2.47g/cm3、开孔率为2.2%的C/C/SiC材料经1160℃、65min氧化后,失重率仅为2.6%;而同结构C/C材料相同条件下失重率高达32%。但当所制备的材料密度较低 ( 1.81g/cm3)、开孔率较高 (7.1%) 时,由于其无法形成连续SiO₂保护膜,氧化从纤维与基体界面开始,表现出与C/C材料相类似的氧化过程。      

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。     

镀镍炭毡复合材料的微波吸收特性

用玻璃纤维、镀镍炭毡和高导电性镀镍炭纤维与环氧树脂复合制备了三层结构复合材料证明了镀镍碳毡的吸波性能与镍含量有关；在适当的设计条件下，辅之以少量的炭黑、铁氧体添加剂，可获得较为理想的微波吸收特性     

冷压、烧结法制造碳纤维增强铜基复合材料

本文研究用冷压成型、高温烧结粉末冶金方法制造非连续碳纤维增强铜基复合材料的工艺,制成了碳纤维的体积含量范围为10-40%的碳铜复合体。通过正交实验,分析了多种因素对碳铜复合材料制作工艺的影响,确定了烧结温度为显著因子,并认为基体中锡的加入造成液相活化烧结,有利于提高复合材料的性能,筛选出来的优化工艺为:碳纤维的体积含量V_f=10-30%,成型压力P=3吨/厘米2,烧结温度T=950℃,基体内含锡5%。实验表明:单独依靠冷压、烧结难以得到V_f大,致密度高的碳铜复合材料,文章最后就如何采取后续工艺提高冷压烧结碳铜复合材料的性能提出了一些看法。      

炭纤维增强明胶复合材料的性能研究

制备了不同形式炭纤维增强的明胶复合材料,对不同复合材料的力学性能进行了测量与分析,并对复合材料的拉伸断口进行了观察,研究表明,长炭纤维增强明胶（CL/Gel)复合材料具有最高的拉伸强度,剪切强度和模量,而炭纤维毡增强明胶（CF/Gel)复合材料因内部存在较多的孔隙使其力学性能最差,因此,炭纤维毡不能用于增强明胶材料,由于纺织炭纤维布增强明胶（Cw/Gel)复合材料的纤维维束内亦有孔隙,炭纤维布的增强效果不及长炭纤维。     

高温处理对碳/碳复合材料摩擦学性能影响

研究了高温处理对化学气相沉积碳/碳(简称C/C)复合材料摩擦磨损性能的影响,分析了经过不同温度处理的试样的刹车力矩-刹车时间曲线.结果表明:随着处理温度的升高,C/C复合材料的干态平均动摩擦系数由大变小,湿态平均动摩擦系数及干态平均静摩擦系数由小变大.经过2500℃处理的C/C材料,不仅刹车过程平稳,湿态平均动摩擦系数衰减少,而且磨损率小.当刹车比压和能载增加时,经过不同温度处理的四种试样干态及湿态平均动摩擦系数均相应下降.     

PAN基预氧化纤维不织布增强酚醛树脂制作炭/炭复合材料

以预氧化纤维不织布经不同热处理后,采用液态含浸法浸酚醛树脂后经热压成型,制成炭／炭复合材料前驱体,随之将这些前驱体经２３０℃稳定化,６００℃及１０００℃炭化处理,讨论了不同纤维不织布的结构变异,以及各种炭／炭复合材料其微细结构及物性之变化,在物性分析方面,主要是以挠曲强度的测试为骨架,并以扫瞄式电子显微镜（ＳＥＭ）观察破断表面,探讨各种复合材料经不同温度处理后之破坏行为,研究结果显示,以预氧化纤维及经６００℃处理后之纤维所制复合材料经三个不同温度（２３０℃,６００℃,１０００℃）处理后,其破坏行为均呈现剧烈的脆性破坏,且具有平滑之破断表面,而以经１０００℃处理后之纤维所制复合材料经６００℃及１０００℃炭化后则呈现拟塑性破坏模式,并伴随显著的纤维拖出现象。     

炭化压力对沥青成焦形貌及航空刹车用C/C复合材料浸渍增密效果的影响

将武钢中温沥青和太钢高温沥青在不同压力下炭化，进一步对所得沥青焦进行了高温热处理，利用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜观察所得沥青焦形貌。结果表明；低压炭化时，沥青焦体积密度小，疏松、多大孔，主要为流线区域型各向异性结构；高压炭化时，沥青焦体积密度明显变大，孔变小且均匀分布，主要为小区域和细镶嵌型各向异笥显微结构。考察了不同炭化压力对浸渍增密航空刹车用C／C复合材料的增密效率的影响，结果显示，对整个沥青而言的宏观残炭率明显高于只针对样品而言的实际残炭率，因此有必要进行高压浸渍／炭化实现快速增密。利用XRD和显微硬度测试仪检测了不同炭化压力所得沥青焦热处理后的石墨化度和显微硬度，发现高压下形成的沥青炭更难于石墨化，但石墨化度与显微硬度的热处理后的粗糙层（RL）CVD炭有较好的可比性。     

细编穿刺C/C复合材料不同层次界面剪切强度的测试分析

利用原位测试系统得到细编穿剌C/C复合材料纤维／基体及纤维束／基体两种不同层次界面的顶出实验数据,然后利用界面弹簧模型对纤维及纤维束的顶出实验过程进行有限元法计算机模拟,编制了分析程序,得到了不同层次界面的剪切强度值。