不同碳基体CVD SiC涂层的制备及其微观结构研究

分别以高纯石墨、细颗粒石墨及低密度的C/C复合材料为基体,以MTS为SiC的先驱体原料,采用化学气相沉积工艺制备SiC涂层.通过扫描电镜(SEM)观察CVDSiC涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪(XRD)分析其晶体结构.研究发现,在不同沉积基体上沉积的SiC晶体形貌不同.以高纯石墨为基体的试样表面基本不存在SiC晶须的生长特征;以细颗粒石墨为基体的试样的表面发现了SiC晶须的生长特征,且基体内部的SiC晶体具有一定的CVI特征,即靠近基体内部沉积的SiC晶体逐渐由SiC晶须变为SiC纳米线;以C/C复合材料为基体的试样内部和表面沉积的SiC晶体表现出多元化的形貌,以层状SiC晶体和SiC晶须为主,主要是由基体材料微观结构的多元化而导致沉积的微区气氛有所不同造成的.     

航空刹车用炭/炭复合材料坯体结构研究进展

综述了国内外航空刹车用炭／炭复合材料坯体结构研究进展。国外主要生产炭／炭复合材料的厂家都拥有自己的坯体制备技术,在坯体结构设计时,除了考虑坯体结构的均匀性外,还根据刹车盘在具体使用过程中所面临的问题对坯体结构和制备工艺不断进行优化设计,并充分利用原材料,降低炭／炭复合材料的制造成本。我国炭／炭复合材料研究单位和生产厂家大都没有自己成熟的坯体制备技术,对坯体结构的研究较少,加强坯体制备技术和炭／炭复合材料研究的密切结合非常迫切。     

航空刹车用C/C 复合材料坯体结构的研究

为了探索降低航空刹车用C/C 复合材料成本、提高性能的有效方法, 对现役国外航空刹车用C/ C 复合材料的部分力学性能和热导率进行测试, 并利用金相显微镜对其坯体结构进行观察分析, 在此基础上, 自制了一种针刺整体毡, 进行CVD 增密, 并与炭布叠层坯体的结果对比。结果表明:国外航空刹车用C/C 材料的层间剪切强度和垂直方向热导率比较高, 坯体趋向于使用针刺毡;针刺整体毡由无纬布和网胎交替叠层, 经针刺而成, 这种结构具有孔隙分布均匀、气体扩散通道多、Z 向纤维含量高的特点, 为CVD增密创造了良好条件;自制针刺整体毡坯体经700 h CVD 增密, 小样密度可达1.81 g/cm³, 大样密度达1.75 g/ cm³, 且能继续增密, 与炭布叠层坯体相比, 采用针刺整体毡可显著缩短CVD 周期。     

粉煤灰水泥注浆材料的微观结构研究

利用环境扫描电镜ESEM、XRD衍射与MIP孔结构分析技术,对粉煤灰水泥注浆材料的微观结构形成趋势及特征进行了分析。结果表明:粉煤灰-水泥注浆材料体系的早期结构形成主要是水泥水化的结果;随水固比的降低,粉煤灰水泥注浆材料体系中CH的生成量呈增加的趋势;随着水固比的降低,注浆材料中的孔呈现出大孔减少、小孔增加且最可几孔径降低等孔结构细化的趋势。     

高速电力机车制动闸瓦用粉末冶金刹车材料研究

对高速电力机车制动闸瓦用粉末冶金刹车材料进行了材质和制造工艺的研究；分别对刹车材料用基体、合金元素、摩擦剂和润滑剂等进行了选择和作用机理研究；研究出了适合的制造工艺，获得了一种以铁为基体、石墨等为润滑剂、二氧化硅等为摩擦剂，添加钨、铬等合金元素的制动性能优良的高速电力机车制动闸瓦用粉末冶金刹车材料制品，并投入实际应用。     

煤制备新型先进炭材料的应用研究

煤是一种储量丰富且价格低廉的工业原料,富含大稠环有机化合物,含碳量高,可能成为先进炭素材料的重要碳源。在分析煤的成分结构基础上,提出煤可用来制备先进炭素材料。煤的含碳量高,具有丰富多孔结构,采用破碎加工可直接用做助滤材料。煤作为炭源物质,采用高温炭化处理,可制备活性炭;添加金属催化剂,采用电弧放电等方法,煤可制备富勒烯碳、纳米碳管等纳米炭;高碳煤可以用来制备炭石墨电极,也可进行化学热解,制备石墨烯。以煤和煤系物作为主要原料,经过发泡、炭化处理,可制备泡沫炭;作为基体前驱体,煤可制备炭质复合材料等。煤不仅能用做燃料,也能制备高附加值的先进炭素材料。     

基体炭结构对炭 炭复合材料的界面结合强度的影响

借助金相、透射电镜技术比较了4种典型的炭/炭复合材料的微观结构, 采用单纤维顶出法测定了炭/炭复合材料中的炭纤维/基体炭界面强度, 研究了基体炭结构对界面强度的影响。结果表明:基体炭的结构和类型影响炭纤维/基体炭间的界面强度, 粗糙层热解炭与炭纤维间的界面强度比光滑层热解炭的高, 而树脂炭和沥青炭由于与炭纤维间存在化学键合, 因而界面强度较高。     

不同炭基体C/C-SiC制动材料压缩性能研究

选用热固性酚醛树脂A和热塑性酚醛树脂B分别与短炭纤维、石墨粉、硅粉、碳化硅按一定的比例混合后, 采用温压-原位反应法制备C/C-SiC试样1和试样2。研究了不同基体的C/C-SiC材料的压缩性能。试样1在垂直纤维层方向压缩载荷作用下, 没有出现纤维的拔出、脱粘等现象, 界面结合较强, 材料呈现脆性断裂: σ_⊥=60.7 MPa; 而在平行纤维层的压缩载荷作用下, 纤维与基体存在剪切作用, 存在纤维的脱粘, 试样呈现韧性断裂: σ_∥=52.6 MPa。试样2由于纤维的分散性不好, 大量聚集在一起, 在压缩载荷的作用下, 存在着纤维的拔出、脱粘现象, 界面结合较差, 材料呈现韧性断裂, 强度较低: σ_⊥=45.8 MPa, σ_∥=19.4 MPa。     

热喷涂制备MoSi2高温结构材料的工艺研究

通过大气等离子喷涂制备了MoSi2结构材料,研究了热等静压对MoSi2构件微观结构及性能的影响.结果表明:喷涂成形件主要由MoSi2、Mo5Si3、Mo3Si和Mo组成,呈典型的层状结构特征,内部孔隙和裂纹较多.粉末部分氧化造成硅元素挥发,导致材料出现贫硅现象,使成形件内部存在富钼相.热等静压处理后,MoSi2构件内部孔隙、缝隙减小,致密化效果明显.经1 600℃处理后,MoSi2构件的密度达到6.29 g/cm3,较处理前提高了5.0％;同时其显微硬度也有一定升高.     

化学气相渗透法制备炭/炭复合材料的显微结构 和力学性能研究

以天然气为碳源, 氢气为载气, 采用等温化学气相渗透工艺对预制体初始密度为0.5 g/cm³ (纤维体积分数为28%)的针刺整体毡进行致密化, 在70 h内制备出表观密度为1.76 g/cm³的炭/炭复合材料。采用压汞法对复合材料的开孔孔径分布进行了分析, 用偏光显微镜和扫描电镜观察了基体的微观组织, 分析了三点抗弯试样的断口形貌。结果表明, 复合材料中的开孔以小于40 μm的微孔为主, 基体热解炭几乎全部由粗糙层热解炭组成, 仅在化学气相渗透的初始阶段在炭纤维的表面形成了很薄的一层各向同性热解炭, 复合材料的抗弯强度达到210 MPa。     

新型鼓式制动器制动性能对比研究

为了准确地模拟具有凸轮结构的领从蹄式鼓式制动器的制动过程,探讨2种新型鼓式制动器制动性能的优劣,运用有限元软件ANSYS建立某新型鼓式制动器的有限元模型,对2种新型鼓式制动器制动效果进行了对比研究。结果表明:浮动槽边缘延长线过制动鼓圆心的制动器的制动效果较浮动槽中心线过制动鼓圆心的制动器好一些。     

铜-二硫化钼复合材料的显微组织与性能研究

采用粉末冶金法在H2保护气氛下制备Cu-MoS2复合材料,对其进行物相分析和显微组织观察.通过测试密度、硬度、抗弯强度及电阻率,研究MoS2含量变化对复合材料组织与性能的影响.结果表明,MoS2含量不同,烧结产物发生变化,对复合材料的组织与性能影响较大.在烧结过程中,MoS2与基体发生反应,生成铜钼硫化合物、Cu的硫化物和金属Mo.复合材料中物相分散均匀,随MoS2含量增加,基体铜相不断减少,化合物增多,金属Mo弥散镶嵌其中;材料的密度不断减小;随MoS2含量增加,硬度先增后减,再回升;抗弯强度总体呈下降趋势;电阻率明显增大.     

晶须对碳碳复合材料组织和力学性能的影响

添加硅灰石(CaO·SiO₂)晶须制备碳纤维预制体, 并在980 ℃下进行化学气相沉积, 高温石墨化处理后制备得到CaO·SiO₂晶须改性的C/C复合材料。利用SEM、金相显微偏光分析以及力学实验等方法研究了预制体结构对基体微观结构、物理性能和力学性能的影响。实验结果表明: 添加CaO·SiO₂晶须会诱导热解炭呈锥形生长, 同时在石墨化过程中会诱导热解炭的组织结构发生有序性转变, 与基体反应生成SiC二次纤维。添加CaO·SiO₂晶须使得复合材料的石墨化度由31.6%提升至41.1%, 导热和导电性能相比于未添加晶须时分别增加了71.7%和14.3%, 复合材料的弯曲强度相比于未添加晶须时提升了5%。     

微正压ICVI制备C／C复合材料的工艺探索

研究了反应气体浓度对微正压等温化学气相沉积制备的C／C复合材料密度和显微结构的影响，结果表明：在微正压和900℃的沉积条件下，用丙烯作为碳源、针刺毡作为预制体，氮气与丙烯的气体流量比为25：1，经过105h沉积后，C／C复合材料的密度达到1．52g／cm^3；通过偏光显微镜观察分析发现试样外部除了围绕在炭纤维周围的光滑层外，还沉积了大量的再生结构热解炭，试样内部主要以光滑层结构为主．图7，参12．     

纤维长度对碳纤维/铜基复合材料组织及力学性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了碳纤维增强铜基复合材料CFs/Cu。利用光学显微镜、扫描电镜和万能试验机检测并分析了不同碳纤维长度对复合材料相对密度、显微结构及力学性能的影响。结果表明, 添加质量分数为2.5%不同长度的碳纤维有利于提高CFs/Cu复合材料力学性能; 但随着碳纤维长度增加, CFs/Cu复合材料相对密度下降, 对力学性能的增强效果降低。添加1 mm长度碳纤维的复合材料相对密度和抗弯强度最佳, 分别为99.34%和805.47 MPa, 相较于未添加纤维的材料, 其强度提升了65%; 断口形貌显示为河流状花样和解理台阶特征, 存在较少韧窝, 属于以脆断为主, 伴随少量韧性断裂的混合断裂机制。     

石墨烯-铜基复合材料的原位合成制备、组织及性能研究

采用旋转化学气相沉积法和真空热压烧结工艺原位制备了综合性能优良的石墨烯-铜基复合材料。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和光学显微镜等仪器, 并通过测试材料维氏硬度、导电性和导热性, 分析了复合粉体的结构和形貌以及石墨烯添加对复合材料组织和性能的影响。结果表明, 在旋转化学气相沉积过程中, 通过改变甲烷气体的浓度(由0.17%提高到0.67%), 结合真空热压烧结工艺, 成功制备出石墨烯含量为0.015%和0.026%的铜基复合材料。2种复合材料均接近完全致密(≥99.0%); 铜基体晶粒尺寸由于石墨烯的添加而明显细化:纯铜块体材料的平均晶粒直径约为46.8 μm, 而石墨烯含量为0.015％和0.026%的复合材料的平均晶粒直径分别为22.7和17.9 μm; 复合材料的硬度显著提高, 相比纯铜样品均增长了约30%; 随着石墨烯含量增加, 复合材料导电性和导热性逐渐降低, 但下降幅度较小, 与纯铜样品接近。     

有机海泡石/环氧树脂复合材料的研究

以环氧树脂为基体,酚醛胺(T31)为固化剂,有机改性后的海泡石为增强剂,制备了有机海泡石/环氧树脂复合材料.通过X射线衍射(XRD)分析、傅里叶变换红外(FTIR)分析、热重分析(TG)、拉伸试验研究了复合材料的结构、力学性能、耐热性能.结果表明,环氧树脂可插层进入有机海泡石中;随着有机海泡石加入量的增加,环氧树脂的力学性能和耐热性能逐渐增强,有机海泡石含量为1％时,其拉伸剪切强度比纯环氧树脂提高了69.5％;有机海泡石含量为2％时,热分解温度提高了31℃.