碳纤维增强YSZ陶瓷基复合材料制备及力学性能研究

以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为基体,以碳纤维作为增强体进行正交双向铺层,采用浆料-浸渍热压工艺制备了2D-Cf/ZrO2复合材料,研究了不同热压温度下(1450、1500、1550和1600℃)复合材料的相组成,以及热压温度、相转变对复合材料力学性能的影响。结果表明,复合材料基体主要以四方相和立方相存在,随热压温度的升高,立方相含量逐渐增加,复合材料沿平行于热压方向与沿垂直于热压方向的压缩强度、抗弯强度先增加后降低,其中1500℃热压制备的复合材料致密度达94.4%,材料具有最佳综合力学性能,垂直于热压方向与平行于热压方向上的压缩强度分别为69.0MPa和246.0MPa,垂直于热压方向与平行于热压方向上的抗弯强度分别为117.1MPa和76.3MPa。     

C／C复合材料ZrB2-SiC基陶瓷涂层制备及烧蚀性能研究

为提高C／C复合材料的抗烧蚀性能,采用两步刷涂一烧结法制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层。首先利用反应烧结制备ZrB2-SiC—ZrC过渡层,并在此基础上制备了ZrB2-20％SiC-5％Si3N4、ZrB2．15％SIC-20％MoSi2、ZrB2．15％SiC-20％TaC3种外涂层。利用XRD和扫描电镜研究了涂层的相组成和显微形貌,并采用氧乙炔焰烧蚀仪测试了涂层在2500℃、60S的抗烧蚀性能,探讨了涂层的高温烧蚀机理。结果表明：利用反应烧结制备的过渡层与基体结合紧密,且与外涂层无明显分层现象,起到了良好的过渡作用;由于Si,N4及MoSi2起到了烧结助剂作用,使ZrB2—20％SiC-5％Si,N4、ZrB2．15％SiC．20％MoSi2外涂层结构较为致密;ZrB2—20％SiC-5％si3N4、ZrB2—15％SiC～20％MoSi2涂层表现出了较好的抗烧蚀性能,其中ZrB2-20％SiC-5％Si3N4涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0．075mm/s、0．0081/s,ZrB2—15％SIC-20％MoSi2涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0．018mm／s、0．0064g／s,而ZrB2-15％SIC-20％TaC涂层由于结构较为松散,未能起到有效的氧化防护,导致涂层被烧穿。     

碳基陶瓷隔热瓦表面高发射耐烧蚀抗氧化涂层的制备及性能

本实验采用大气等离子喷涂技术在碳基陶瓷隔热瓦ZrB_2-SiC-玻璃内涂层表面制备镍铬尖晶石高发射涂层以提高其抗氧化耐烧蚀性能。利用XRD和SEM对粉体和涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,在Cr_2O_3:NiO摩尔比为1:1.2,1200℃固相反应2h后,可以得到物相较纯的NiCr_2O_4尖晶石粉体;Cr_2O_3:NiO摩尔比不变,掺入质量分数15%TiO_2、25%MnO_2,1200℃固相反应2h可以得到复杂的混合尖晶石粉体。纯NiCr_2O_4涂层及掺杂NiCr_2O_4涂层的发射率在1～22μm波段分别达到0.955和0.954。喷涂后纯NiCr_2O_4发生了轻微的分解,发射率有所降低,而掺杂NiCr_2O_4相结构稳定,不易分解,发射率稳定。氧-乙炔火焰烧蚀考核结果表明,当火焰温度高于2000℃时,掺杂NiCr_2O_4涂层表面温度比纯NiCr_2O_4涂层降低了240℃,其红外辐射性能优于纯NiCr_2O_4涂层。掺杂NiCr_2O_4涂层能耐受大于2000℃/300 s烧蚀考核,具有良好的高发射耐烧蚀性能。     

碳基陶瓷隔热瓦表面高发射耐烧蚀抗氧化涂层的制备及性能

本实验采用大气等离子喷涂技术在碳基陶瓷隔热瓦ZrB2-SiC-玻璃内涂层表面制备镍铬尖晶石高发射涂层以提高其抗氧化耐烧蚀性能。利用XRD和SEM对粉体和涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,在Cr2O3:NiO摩尔比为1:1.2,1200℃固相反应2h后,可以得到物相较纯的NiCr2O4尖晶石粉体;Cr2O3:NiO摩尔比不变,掺入质量分数15%TiO2、25%MnO2,1200℃固相反应2h可以得到复杂的混合尖晶石粉体。纯NiCr2O4涂层及掺杂NiCr2O4涂层的发射率在1~22μm波段分别达到0.955和0.954。喷涂后纯NiCr2O4发生了轻微的分解,发射率有所降低,而掺杂NiCr2O4相结构稳定,不易分解,发射率稳定。氧-乙炔火焰烧蚀考核结果表明,当火焰温度高于2000℃时,掺杂NiCr2O4涂层表面温度比纯NiCr2O4涂层降低了240℃,其红外辐射性能优于纯NiCr2O4涂层。掺杂NiCr2O4涂层能耐受大于2000℃/300 s烧蚀考核,具有良好的高发射耐烧蚀性能。     

涂层碳纤维增强镁基复合材料

通过溶胶-凝胶法，采用含有机添加剂的正硅酸乙酯醇溶液，经二次水解、缩聚、干燥和烧结在碳纤维表面形成均匀SiO2涂层。该涂层改善了碳纤维与镁合金基体的润湿性，实现了低压液相浸渗制备C／Mg复合材料，并提高了复合材料的阻尼性能。     

Zn涂层碳纤维增强镁基复合材料的研究

设计了通过电镀锌在碳纤维表面形成均匀的金属锌涂层,而后采用挤压铸造制备出Zn涂层Cf/Mg复合材料,并对其界面结合情况及力学和热膨胀性能进行研究.结果表明,锌涂层的引入,有效改善了复合材料的界面结合状态.Zn涂层Cf/Mg复合材料的弯曲弹性模量达到96.34GPa.在20～200℃内平均热膨胀系数为2.82×10-6 ℃-1,明显低于无涂层Cf/Mg复合材料及纯镁.     

连续碳纤维增强铝基复合材料的制备与性能研究

采用粉末冶金法制备了0.2%,0.4%,0.6%和0.8%不同体积分数的连续碳纤维增强的铝基复合材料,研究了连续碳纤维加入量对复合材料组织与性能的影响。结果表明,随着碳纤维体积分数的增加,复合材料的弯曲强度先增大后减小,当加入0.4%时其弯曲强度达到最大值。断口形貌可见中部的碳纤维很难和铝合金结合。     

三维网络SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料的制备

以中间相沥青添加质量分数为50%的Si粉制备的炭泡沫预制体为坯体,在高温感应烧结炉中结合反应烧结工艺制备了SiC多孔陶瓷预制体.利用挤压铸造工艺制备了SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)观察了SiC多孔陶瓷骨架及复合材料的微观形貌和界面结构,通过X射线衍射分析仪(XRD)对多孔陶瓷预制体物相组成进行了分析.利用阿基米德排水法,测试了多孔陶瓷的孔隙率和复合材料的密度.结果表明:添加Si的质量分数为50%的炭泡沫预制体反应烧结后获得的SiC多孔陶瓷具有三维连续通孔结构,孔筋致密并且具有较高的开口孔隙率.通过挤压铸造工艺制备的SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料界面结合良好,无明显缺陷.     

碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料的制备

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸甲酯(MA)为起始原料,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,聚丙烯腈基碳纤维为增强相,采用悬浮聚合的方法,制备了碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料.分别研究了单体配比、引发剂用量和纤维质量分数对复合材料性能的影响.采用万能材料试验机和扫描电子显微镜分别对复合材料的抗折强度和断面的微观形貌等进行了测试和表征.结果表明,当MMA/MA=9:1时复合材料抗折强度达到极大值,随着引发剂BPO用量的增加,复合材料的抗折强度呈现先增大后减小的趋势,随碳纤维含量增加,复合材料的断裂面由平整向多层断裂变化,材料的韧性有所提高.     

碳纤维增强铝基复合材料的制备及力学性能研究

碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al)具有很多优良特性,作为结构材料和功能材料在航空航天等领域有着广泛的应用前景。本试验采用挤压铸造法制备了连续碳纤维增强铝基复合材料,分析了复合材料的微观形貌、界面特征及力学性能。基体材料为Al-Cu合金,增强纤维为T-300连续碳纤维。通过合理的控制工艺参数,挤压铸造后铝合金均匀、致密地填充在增强纤维之间,纤维和基体的结合界面良好,纤维表面镀镍及未镀镍的Cf/Al复合材料界面均未发现Al4C3脆性相。纤维体积分数为50%的铝基复合材料抗拉强度和弹性模量分别为512 N/mm2和163 GPa,显著高于金属基体的。     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征；以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料，采用先驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制得了碳纤维增强氮化硼．氮化硅混杂基体的复合材料，并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究。结果表明，混杂先驱体中含有B—N，B—H，Si—N，Si—H，N—H等结构，无其它杂质出现；随着PIP工艺循环次数的增加，复合材料的密度随之提高：当进行4个循环时基本致密，密度达到1．50g／cm^3，弯曲强度达到156．4MPa；轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能。     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征;以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制得了碳纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究.结果表明,混杂先驱体中含有B-N,B-H,Si-N,Si-H,N-H等结构,无其它杂质出现;随着PIP工艺循环次数的增加,复合材料的密度随之提高;当进行4个循环时基本致密,密度达到1.50g/cm3,弯曲强度达到156.4 MPa;轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能.     

泡沫陶瓷增强钢基复合材料的制备与性能研究

采用实型铸造法制备了Al_2O_3泡沫陶瓷增强45#钢基复合材料。利用SEM观察复合材料的显微组织和冲击断口形貌,研究了复合材料的硬度和耐磨性。结果表明,复合材料界面结合较好,是典型的机械结合。复合材料的冲击韧性值低于钢基体,而硬度为钢基体的2~3倍;复合材料的相对耐磨性明显高于钢基体,在冲击功为0.5 J和1.0 J时,复合材料的相对耐磨性分别提高了1.41倍和2.33倍。     

碳纤维增强钼基复合材料制备工艺

通过在碳纤维及钼粉末表面化学镀铜的方法,解决了碳纤维与钼粉化学相容性差的问题,完成了碳纤维表面化学镀铜及钼粉表面化学镀铜工艺方法及试验参数的确定。采用粉末烧结后轧制成型制备复合材料,并分析了碳纤维在钼粉中的含量对该复合材料力学性能的影响。结果表明:所制备的含碳纤维1wt%的复合材料板材,抗拉强度达425 MPa,与纯钼板材相比,抗拉强度提高57%。     

碳纤维/榴石陶瓷基复合材料抗氧化行为研究

将碳纤维/榴石陶瓷基复合材料在空气气氛不同的温度下保温60 min,研究了其显微组织结构和物相组成,测试了其残余力学性能和断裂模式,进而评价其高温抗氧化行为。结果发现在900℃以内复合材料具有较好的抗氧化行为,即使在900℃氧化60 min后,其弯曲强度为164.9 MPa,仍能保持原始强度的~50%,表明此类材料潜在的中温应用价值。     

多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备

采用纸质材料制成三维管状模型，经过纸质模型碳化、反应性渗硅处理获得多孔SiC陶瓷预制体，选择铸造性能好、成形缺陷小的铸铁作为金属基体，采用铸渗法制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料，通过XRD，SEM等分析手段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组织和界面结构。研究表明，纸质模型800℃温度碳化，反应性渗硅温度1600℃时制备的多孔SiC陶瓷预制体三维结构稳定，烧结后变形小，微观组织结合紧密；通过铸渗法制备的SiC陶瓷增强金属基复合材料界面结合良好，无明显缺陷。该方法中增强相结构可设计性好，铸渗法制备多孔陶瓷金属基复合材料质量高，为多孔陶瓷增强金属基复合材料的获得提供了试验新方法。     

多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备

采用纸质材料制成三维管状模型,经过纸质模型碳化、反应性渗硅处理获得多孔SiC陶瓷预制体,选择铸造性能好、成形缺陷小的铸铁作为金属基体,采用铸渗法制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料,通过XRD,SEM等分析手段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组织和界面结构.研究表明,纸质模型800C温度碳化,反应性渗硅温度1600℃时制备的多孔SiC陶瓷预制体三维结构稳定,烧结后变形小,微观组织结合紧密;通过铸渗法制备的SiC陶瓷增强金属基复合材料界面结合良好,无明显缺陷.该方法中增强相结构可设计性好,铸渗法制备多孔陶瓷金属基复合材料质量高,为多孔陶瓷增强金属基复合材料的获得提供了试验新方法.     

碳纤维增强水泥基复合材料电磁性能的研究

制备了碳纤维增强水泥基复合材料，在SEM扫描电镜下观察了样品的断121形貌。利用NRL测试系统测试了低频段4-8GHz和高频段8-18GHz条件下、碳纤维质量分数分别为0．2％，0．4％，0．6％，0．8％，1．0％时，复合材料对电磁波的反射率，评价了电磁干扰性能。结果表明，低频段时所测得的反射率均小于-10dB，材料对电磁波主要表现出吸收性：高频段且碳纤维质量分数超过0．6％时，反射率大于-10dB，材料对电磁波主要表现出反射性。反射率随着碳纤维质量分数的增加而变化，低频段且碳纤维质量分数为0．6％时，出现最小反射率，其大小为-15．1dB：高频段且碳纤维质量分数为0．4％时，出现最小反射率，其大小为-19．3dB。     

HPPS制备SiC陶瓷涂层组织结构及抗烧蚀性能研究

为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能,本文尝试采用高能等离子喷涂工艺（HPPS）在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数,利用氧乙炔火焰对得到的涂层试验进行抗烧蚀性能考核,考核温度为1500℃,时间分别为150s和300s。通过XRD、SEM和EDS等方法对烧蚀前后涂层样品的成分及组织进行了检测表征。结果表明：3组参数所制得SiC涂层的孔隙率分别是21.3%、17.4%和15.3%,其原因是在主气流量相对较高和辅气流量较低的条件下,SiC粉末与等离子射流场特征匹配较好,SiC粉末颗粒加热较为充分,达到更好的熔融状态,而且获得较大的动能,因此所得涂层沉积率逐渐升高而孔隙率逐步降低;在涂层制备过程中SiC颗粒均发生了一定程度的氧化,导致涂层中含有一定量的非晶态SiO2;经过300s高温烧蚀考核后,SiC涂层为C/C基体提供了有效的防护。由于烧蚀过程中存在温度梯度,导致涂层表面在烧蚀后呈现三种不同的的烧蚀形貌,分别是中心致密区,过渡区和边缘疏松区。在烧蚀过程中,涂层中心区域表面形成的SiO2玻璃层,有利于阻挡O2的渗入,起到了抗氧化的作用。     

碳纤维增强铁基复合材料的制备及其耐磨性能研究

以碳纤维和铁粉为原材料,采用粉末冶金方法分别制备碳纤维质量分数为0%、0.5%和1%的碳纤维增强铁基复合材料。用MM-200试验机测试该复合材料的磨损性能。用光学显微镜和扫描电镜来表征复合材料的显微结构以及磨损表面。结果表明:碳纤维在铁基复合材料中分布均匀。在碳纤维含量为0.5%的铁基复合材料中,碳纤维呈点状分布,周围有许多小孔,表面疏松;在碳纤维含量为1%的复合材料中,碳纤维与铁基结合成片状向外延伸,周围小孔较少,表面致密。随碳纤维含量的增加,该复合材料的磨损率降低,硬度增加。