C_f/Mg复合材料的热膨胀系数及其理论计算

采用负压浸渗-液固挤压法制备了定向短切碳纤维(aligned Csf)及穿刺-2D碳纤维织物(2.5DCf)增强镁合金复合材料,观察了两种复合材料的微观组织结构,测定了其在30～350℃范围的热膨胀系数(α),并在Schapery模型的基础上提出了计算定向Csf/Mg复合材料及2.5DCf/Mg复合材料α值的修正模型。结果表明,在30～200℃范围内,两种Cf/Mg复合材料的α值均表现出随温度的升高而升高的趋势,但在超过250℃以后,α值出现降低或稳定的现象,其原因为随着温度的升高,铝元素固溶度的增大、基体发生部分塑性变形等因素导致的;提出的修正模型理论计算值与其相应的实验测试α值之间的误差均在5%之内,表明该修正模型能够有效预测实验中的α值。     

LPCVD法制备SiC-MoSi2涂层的形貌及沉积机理研究

为提高碳/碳复合材料抗氧化性能,以甲基三氯硅烷(MTS)为先驱体,利用低压化学气相沉积(LPCVD)技术在碳/碳复合材料表面制备SiC-MoSi2涂层,通过XRD和SEM分析了不同沉积温度下涂层结构、物相组成及其沉积机理。结果表明,沉积温度对涂层的成分、结构及致密度有较大影响,在1100～1250℃均可成功得到SiC-MoSi2涂层,1100℃所得涂层结构疏松多孔;1250℃制备的涂层中间部位孔隙较多,表层为致密SiC涂层;1150～1200℃之间可得到均匀致密、以MoSi2颗粒为分散相、以CVD-SiC为连续相的SiC-MoSi2双相陶瓷涂层。     

压-压疲劳加载对2D-C/C复合材料导热性能的影响

对二维编织炭/炭复合材料(2D-C/C复合材料)进行压-压疲劳试验,疲劳加载条件分别为应力水平1000 N、2000 N和3000 N,循环周次为10~4、1×10~5、3×10~5次时,并测试其疲劳加载前后试样的导热性能,研究了压-压疲劳加载对其导热性能的影响.结果表明,压-压疲劳加载没有改变2D-C/C复合材料试样的热扩散系数随温度升高而减小以及比热容随温度升高而增大的基本规律,但是压-压疲劳加载使其热导率、热扩散系数随着应力水平和循环周次的增大而降低,而其比热容的变化较小.在压-压疲劳加载过程中,2D-C/C复合材料疲劳损伤的产生和积累导致其导热性能降低.     

动态载荷下C/C复合材料的压缩破坏行为

利用电子万能试验机以及Split Hopkinson Compressive Bar(SHPB)测试了2DC/C复合材料在准静态、动态载荷下的压缩性能,结合光学显微镜分析了其在不同应变率下的破坏形貌、讨论了应变率对压缩破坏形貌的影响。结果表明:与准静态(10-4/s)相比,动态载荷下(5×102/s)复合材料的压缩强度提高了55%,压缩刚度提高了66%,具有较强的应变率效应;在准静态载荷下,C/C复合材料沿40°角剪切破坏,断口上炭纤维破坏具有溃散及剪切破坏特征,而在动态载荷下,C/C复合材料破坏成大小不一的碎片,其炭纤维破坏具有劈裂特征。C/C复合材料破坏模式的不同可归结为基体及界面强度的应变率效应。     

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。     

C纤维增强镁基复合材料热成形微观组织模型

以C纤维增强镁基复合材料在高温变形过程中的物理机制为基础,建立了C纤维增强镁基复合材料高温变形时以Yada模型为基础的微观组织模型。将该微观组织模型应用于镁基复合材料的高温变形,编写C++程序求解,根据实验数据对模型进行回归,确定高温状态及半固态下微观组织模型中的特征参数值。C纤维增强镁基复合材料的热模拟实验结果和定量金相实验结果证实,初生α相晶粒尺寸的样本数据的平均相对误差为6.89%,非样本数据的平均相对误差为7.08%。模型预测精度较高,能较好地描述镁基复合材料高温塑性变形时的微观组织演变行为。     

C/C复合材料拉伸强度与针刺成型参数相关性研究

采用Design-expert软件设计预制体不同针刺成型参数组合试验, 研究预制体针刺成型参数对针刺碳/碳(C/C)复合材料拉伸强度的影响, 并构建了响应曲面数学模型, 实现对针刺C/C复合材料拉伸强度的优化与预测, 其模型显著性P=0.0206, 各试验实测值与预测值相对误差≤10.82%, 模型具有较高的拟合度。响应曲面回归分析表明: 针刺深度对拉伸强度有极显著影响, 针刺密度对拉伸强度有显著影响, 在本研究的针刺成型参数取值范围内, 拉伸强度的预测区间为42.31~91.87 MPa。通过模型优化出的针刺成型参数组合为: 针刺密度11 pin/cm²、针刺深度 11 mm、网胎面密度50 g/m², 相应拉伸强度预测值为88.62 MPa, 验证值为90.71 MPa, 相对误差2.36%。     

薄膜沸腾CVI双热源加热法制备C/C复合材料及其致密化特性

采用薄膜沸腾CVI以双热源加热的方法在900~1200℃下热解二甲苯前驱体增密二维针刺炭毡预制体,30~35h内制备出密度1.70g/cm3~1.73 g/cm3的C/C复合材料。研究致密化过程中热解炭基体的沉积速率变化规律,应用排水法和偏光显微镜分别测试材料的密度及热解炭层的厚度。结果表明,当沉积温度由900~1000℃升高至1100~1200℃时,沉积前沿的厚度拓宽,热解炭的初始沉积速率增大,但高沉积温度下预制体边缘将优先完成致密化,导致材料的平均密度由1.72~1.73g/cm3降低至1.70,致密化均匀性变差,材料轴向和径向方向的密度偏差高于0.04g/cm3。上热源开多个轴向通孔可使沉积前沿的厚度减小,前驱体在预制体内的传输效率提高,进而改善较高沉积温度下材料的致密化效果。     

C/C复合材料孔隙分形表征与弯曲强度计算

采用热梯度化学气相渗透工艺(TCVI)制备了11组不同表观密度的热解碳基C/C复合材料,从每组C/C复合材料上分别截取4个试样进行弯曲强度实验。采用偏光显微镜(PLM)分析了材料的孔隙结构,并利用计盒法求出了图像中孔隙的分形维数。在此基础上利用分形理论表征C/C复合材料的孔隙结构,建立了相同增强预制体及致密化方法制备的C/C复合材料的弯曲强度分形计算模型。计算结果与实验值吻合较好,表明本研究提出的模型具有可行性。     

碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能

利用弓形法测试了碳纤维质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%时,碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4~8 GHz和高频段8~18 GHz对电磁波的反射率,讨论了碳纤维质量掺量变化对反射率的影响。结果发现,碳纤维质量掺量相同、低频段时,反射率小于-10 dB,复合材料对电磁波表现出吸收性;高频段时,反射率大于-10 dB,复合材料对电磁波表现出反射性。低频段、碳纤维质量掺量为0.6%时出现最小反射率-15.1 dB;高频段、碳纤维质量掺量为0.4%时,出现最小反射率-19.4 dB。