自发梯度炭／炭复合材料弯曲性能研究

对包埋－粉末涂刷高温烧结工艺制备的自发梯度二维炭/炭（2D C／C）生物活性玻璃涂层复合材料进行了弯曲力学性能测试和断口形貌观察,结果表明：生物玻璃涂层的2D C／C试样的断口形貌显示,涂层与C／C结合紧密;部分纤维插入生物玻璃内;同时,生物玻璃涂层内的裂纹能沿纤维与其界面扩展,表明位于涂层内的纤维与涂层的结合为弱结合;统计分析表明,涂层处理后的试样弯曲模量、抗弯强度都有所提高,而挠度无显著差异。     

压力梯度CVI工艺制备2D炭/炭复合材料的弯曲断裂行为

采用三点弯曲方法测试了压力梯度化学气相浸渗法(CVI)工艺制备的2D炭／炭复合材料的性能，借助于扫描电镜研究了断口和界面形貌，分析了密度和纤维基体界面对材料力学性能的影响。结果表明，随试样密度增加，2D炭／炭复合材料的断裂模式从剪切断裂、层问分离向拉伸断裂转变。材料密度对弯曲强度和模量影响很大，但对弯曲挠度基本没有影响。揭示了影响2D炭／炭复合材料弯曲挠度的关键因素是纤维与热解炭基体界面的结合情况。     

处理对粘胶基炭纤维材料及其炭／树脂和炭／炭复合材料性能的影响

对各领域应用的C／P、C／C炭纤维复合材料制备工艺（学）的缜密考虑,需要知道：与基质反应的基体表面积及其物理－力学性能水平。探讨了炭纤维材料的真比重、比表面积及其物理－化学因素形貌特征的影响：诸如热处理温度（HTT）和在不同电流强度（I）电解液中电化学处理条件,这一处理,使CF表面件随含氧官以团的形成而激活,从而提高基质与C／P、C／C复合材料中CF的结合力。     

空气氧化处理的中间相沥青基炭/炭复合材料的组织和弯曲性能

通过引入225℃空气氧化处理,在较短周期内采用常压浸渍炭化工艺制备了中间相沥青基炭/炭复合材料.采用偏光显微镜、万能力学试验机及扫描电镜等检测手段研究了炭/炭复合材料微观组织和弯曲力学性能.研究结果表明,225℃空气氧化处理后,炭化收率显著提高,经过四次常压浸渍-炭化循环后炭/炭复合材料密度达到了1.73g/cm3,弯曲强度为152.39MPa,比未经过空气氧化处理的试样提高了62.87%.空气氧化处理制备的试样呈现典型的假塑性断裂特征,而未经空气氧化处理制备的试样主要从层间断裂,其弯曲强度较低.通过偏光显微分析,未经空气氧化处理的炭/炭复合材料组织大部分为小域组织,只有少量的镶嵌型组织和广域组织,而经过225℃空气氧化处理后的试样,以广域型组织为主,并在其间夹着流线型组织和小域组织.     

热解炭过渡层-中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜对具有热解炭过渡层的中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构进行了研究。结果表明:材料的基体由热解炭和中间相沥青炭组成,在偏光显微镜下均呈现出光学各向异性。材料内部形成了多层次的界面结构,热解炭与纤维的界面连续,界面层内的石墨微晶择优取向度较高,晶格条纹排列规整;中间相沥青炭与热解炭界面不连续,为"裂纹型"界面,界面层内主要为非晶态碳。材料中炭纤维、热解炭、中间相沥青炭的石墨微晶大小逐渐增大,择优取向度逐渐增高,晶格条纹的排列逐渐规整。片层条带状结构的中间相沥青炭以及材料内的微裂纹平行于炭纤维轴向。     

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。     

微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响. 结果表明: 基体炭在偏光显微镜下呈现出光学各向异性, 在SEM和TEM下呈片层条带状结构. 基体炭与纤维之间的界面不连续, 为“裂纹型”界面. 材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度, 在纤维-基体界面处以及基体炭层片之间引起滑移, 在断口形貌上体现出断裂台阶适中且与纤维拔出交替进行, 表现出韧性破坏的断裂特征. 材料具有较高的力学性能, 抗弯强度达到257MPa, 断裂韧性达到11.4MPa·m ^1/2.     

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。     

准三维炭／炭复合材料力学性能分析

以针刺网胎无纬布交替叠层准三维结构为预制体,采用热梯度化学气相沉积（TCVI）和树脂压力浸渍-炭化（PIC）混合致密方法得到不同密度的炭／炭复合材料,研究了密度和热处理温度对炭／炭复合材料弯曲和压缩性能的影响,并对其机理进行了探讨。结果表明：增大材料的密度可以提高材料的弯曲和压缩性能,破坏机理发生改变,密度较低时,弯曲破坏方式为“假塑性”的分层破坏模式,压缩破坏为压溃式破坏;高密度的试样,弯曲破坏为拉应力或压应力破坏模式,压缩破坏为剪切和分层破坏模式,表现出一定的脆性;热处理温度升高,降低了材料的弯曲和压缩强度或模量,但明显改变了材料的破坏模式,增多了裂纹扩展或偏转的途径,表现出更好的“假塑性”;由分析得出,准三维炭／炭复合材料承压时,针刺处是力学薄弱点,易产生分层。     

焦炭颗粒的平均细度对沥青基炭复合材料性能的影响

采用新型模压半炭化成型工艺制备出高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料。研究了焦炭颗粒的平均细度对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的密度和抗压强度的影响趋势，并从数学上分析了密度对抗压强度的影响规律。结果表明：沥青基炭复合材料的密度和抗压强度随焦炭颗粒平均细度的增大而增加。在本试验条件下，当沥青焦的平均细度由44．2目增加到206．3目，沥青基炭复合材料的密度和抗压强度可从1．28g／cm^3和10．1MPa增加到1．77g／cm^3和55．0MPa。     

热解碳基碳/碳复合材料的内耗特征与机制

以高纯石墨为对照材料,初步研究了热解碳基碳/碳复合材料的内耗行为,并根据实验结果提出了碳/碳复合材料的内耗机制:热滞弹性机制与静滞后型内耗机制。纤维/基体的界面内耗效应对碳/碳复合材料的内耗特性影响很大,它的存在使碳/碳复合材料产生了一些较为反常的内耗现象。      

沥青基球状活性炭的医用性能评价

表征了沥青基球状活性炭的基本结构参数（如比表面积、孔容量、球形度、强度、重金属含量等），测定了其对血液中典型中、小毒性分子的吸附性能（肌酐和VB12）和溶血反应率，分析了以沥青基球状活性炭为吸附剂的人工炭肾的微粒释放量、热源和细菌含量，并进行临床试验。结果表明：沥青基球状活性炭球形度好，强度高，具有良好的广谱吸附性能，对血液中典型的中、小毒性分子吸附能力强，重金属含量低，溶血率低，微粒释放量少，无热源、无菌，血液灌流临床试验效果满意，可以作为人工炭肾的吸附剂。     

含钽(Ta)C/C复合材料烧蚀分析

根据TaC和C/C复合材料的物理化学性质及烧蚀环境推测C/TaC/C复合材料的烧蚀机理,并对其抗侵蚀机理及剥蚀进行了预测分析,在分析C/TaC/C复合材料烧蚀机理的基础上建立其烧蚀模型。根据Darcy定律确定TaC液体流动的速度,并在此基础上利用流体动力学和质量守恒定律等推导出C/TaC/C复合材料质量烧蚀率公式。     

酚醛树脂前驱体C／C复合材料研究——硼酚醛树脂理化性能分析及固化、热解过程研究

以二维渐开线型C/C扩张段为应用背景,比较了硼酚醛与其它耐烧蚀酚醛（钡酚醛、氨醛等）的主要理化性能,分析了硼酚醛树脂固化、裂解过程,探讨了面料布/硼酚醛复合材料的固化、后固化、炭化工艺,并以硼酚醛为基体前驱体制作了二维平板C/C及二维渐开线型小C/C扩张段,平板状C/C在炭化过程中无分层,力学性能较高;二维C/C扩张段通过工艺优化解决了分层问题,环向拉伸强度可达45MPa以上,实验结果说明硼酚醛树脂可用于二维渐开线型C/C扩张段的制造。     

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料

碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性,是制备复合材料的理想形式。评述了目前碳纳米管复合材料的制备及其应用研究的动态。用化学镀方法制备的镍基碳纳米管复合镀层比传统的复合镀层具有更高的耐磨性能,结构为非晶态。讨论了复合镀制备金属基碳纳米管复合镀层的优越性及应用。用原位聚合法合成了导电聚苯胺-碳纳米管的复合材料,可以作为电池和电化学超级电容器的电极材料。      

C／C复合材料的显微结构及其与工艺、性能的关系

对化学气相渗透（CVI）C／C复合材料在偏振光下的显微结构（偏光显微结构）类型、结构的形貌特征及对应炭的基本物理性能、材料的制备工艺参数－结构－性能之间的关系进行了综述。C／C复合材料具有三种基本偏光显微结构,即RL、SL和ISO。这三种基本偏光结构的炭对应于不同的形貌特征,可从消光十字形、旋光性、光学反射性、生长特征、表面织构、择优取向性和环形裂纹等特征将其分辨出来。工艺参数对沉积炭偏光显微结构的影响没有一成不变的规律可循,影响因素除了温度、压力、气体成分、气体流速外,还与炉子的几何尺寸及试样的堆积尺寸有关,对不同的CVI体系,都应当摸索出一套适合其运行的最佳工艺参数。C／C复合材料的偏光显微结构与材料的性能有着密切的联系,不同的结构下,材料的物理性能、力学性能和热性能都表现出明显的差异。通过归纳与分析,获得了对C／C复合材料偏光显微结构全面、系统的认识,明确了它在C／C复合材料研究中的重要性,为制备具有单一、均匀偏光显微结构及所需性能的C／C复合材料指明了方向。     

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。     

混杂碳/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用快速通电加热测试技术,模拟混杂碳/碳复合材料的超高温工作环境,测试了材料不同温度下的拉伸、压缩力学性能,得到了材料的拉伸、压缩强度与模量随温度的变化规律,并给出了相应的拟合曲线。结果表明:材料的强度和模量在一定范围内随温度的升高而增加,在2000 K~2400 K之间达到最大值,当温度超过2700 K后迅速下降。材料轴向的拉伸、压缩性能随温度的变化较横向缓慢,强度的变化范围较模量的小。     

编织销钉炭/炭复合材料界面微观结构探讨

炭纤维由混编、软编预制体,后经ＣＶＤ＋沥青炭、沥青炭、纯ＣＶＤ炭三种路线致密化Ｃ／Ｃ复合材料,以Ｃ／Ｃ锁钉为应用方向测试了双向剪切强度。结合断口ＳＥＭ观察、可机加性、锁钉剪切强度,探讨了不同基体Ｃ／Ｃ复合材料界面微观结构。     

TOUGHNESS CHARACTERISTICS OF SYNTHETIC FIBRE-REINFORCED CEMENTITIOUS COMPOSITES

The brittle nature of concrete is a reflection of its low toughness and the presence of defects. One effective way to enhance the toughness of concrete is by fibre reinforcement. Synthetic fibres, mostly polypropylene, have been widely used as a concrete additive at 1% or less volume fraction for toughness enhancement and shrinkage control. Pull-out of fibres bridging a concrete matrix crack absorbs a significant amount of energy. This paper reviews some of the fracture mechanics approaches to the prediction of failure of fibre-reinforced concrete structures, methods used to rank the toughness of fibre-reinforced concrete, toughness optimization, and the properties of concrete reinforced with selected synthetic and recycled fibres.