预氧丝在氧化镁/炭复合材料中的原位碳化及其强化作用

研究了碳纤维前驱体即预氧丝在氧化镁／炭复合材料中原位碳化及其强化作用。在氧化镁／炭复合材料中存在铝、镁添加剂时，预氧丝原位碳化后具有碳纤维的强度和强化效果。预氧丝在添加硅粉的氧化镁／炭材料中原位碳化时因与硅反应失去强度，在无抗氧化添加物的氧化镁／炭材料中原位碳化后，预氧丝因氧化失去强度，对基体无强化作用。     

基体碳对C/CF/Cu复合材料的影响

采用树脂碳化和碳气相沉积相结合的方法制备了碳／碳纤维（C／CF）先驱丝，用压力浸渗凝固成形方法制备了碳／碳纤维／铜（C／CF／Cu）复合材料，借助于扫描电镜下复合材料界面和相分布观察，以及显微硬度和滑动摩擦磨损测试，探讨了基体碳（树脂碳化碳和沉积碳）对C／CF／Cu复合材料成形、显微硬度及摩擦磨损的影响。结果表明，碳化和碳气相沉积处理的C／CF先驱丝相对致密，并阻碍铜液的压力浸渗成形，但该先驱丝硬度高于碳化处理的C／CF先驱丝。碳化和碳气相沉积处理的C／CF／Cu复合材料滑动摩擦磨损耐磨性高于纯铜，而且滑动摩擦因数也高于纯铜。证明C／CF／Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料。     

C/CF/Cu复合材料界面和抗拉强度研究

采用树脂碳化方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助抗拉强度测试及扫描电镜下复合材料界面和相组成物分布观察,探讨了C、CF和Cu三组元复合界面特性以及碳纤维丝类型和C/CF先驱丝体积分数对C/CF/Cu复合材料抗拉强度的影响.结果表明,C/CF/Cu复合材料的微观界面是碳纤维单丝-树脂碳化碳-铜双复合界面,此界面属于无化学反应的弱复合界面,铜对C/CF先驱丝的机械锁紧力是提高界面强度和复合材料强度的关键因素.当凝固成型压力为28.5MPa时,1k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为25%和3k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为44.7%的复合材料的抗拉强度达到较高值,分别为595MPa和587MPa,均为纯铜抗拉强度的3倍以上.3k丝制成的一次C/CF先驱丝内碳纤维丝的数量较多,影响复合材料的界面强度,而选用1k碳纤维丝比较有利.     

纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

目的为了降低C/C复合材料制造成本,扩展C/C复合材料应用领域,选用低成本预氧丝纤维取代碳纤维,制备出C/C复合材料,并研究纤维种类对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。方法以两种纤维为原材料,采用CVI工艺制备出C/C复合材料,用MM-2000摩擦试验机进行摩擦磨损试验,采用扫描电镜对摩擦面进行形貌分析。结果随着载荷的增大,预氧丝基C/C复合材料在与金属摩擦时摩擦因数保持在0.22左右,平均磨损量为0.82 mg/min,而碳纤维基C/C复合材料与金属配副相对摩擦因数较小(0.15~0.20),平均磨损量为1.17 mg/min。三种碳与碳配副中,预氧丝基C/C复合材料同预氧丝基C/C复合材料配副之间的摩擦因数随载荷波动的范围为0.28~0.33,较稳定,平均磨损量为1.76mg/min。碳纤维基复合材料与碳纤维复合材料配副时,随着载荷的增大,摩擦因数变化范围较大(0.15~0.33),平均磨损量为2.35 mg/min。预氧丝基复合材料与碳纤维基复合材料之间相互配副,其磨损最大,平均磨损量为2.95 mg/min。结论 C/C复合材料的摩擦磨损性能与纤维种类有很大关系,采用预氧丝纤维制备出的C/C复合材料,无论与金属相互摩擦,还是与自身材料摩擦,均易形成较为稳定的润滑膜。随着载荷的增加,摩擦因数变化较小,磨损量和摩擦功也最低,表现出比碳纤维基C/C复合材料更优异的摩擦性能。     

摩阻和生物功能C/CF/Cu基复合材料的制备

采用压力浸渗凝固成型方法制备了树脂碳化碳／碳纤维／铜(C／CF／Cu)复合材料，借助于抗拉强度测试以及扫描电镜下复合界面、组成物分布和断口形貌观察，探讨了树脂碳化温度、C／CF先驱丝表面镀铜以及铜液浸渗凝固压力对C／CF／Cu基复合材料的影响。结果表明，随着真空碳化温度的提高，C／CF先驱丝的抗拉强度降低。600℃真空碳化处理可使C／CF先驱丝有较高的抗拉强度(1027MPa)，同时有利于先驱丝导电和表面镀铜。在C／CF先驱丝表面镀铜厚度为40～60μm，有助于制备界面结合良好和抗拉强度较高的C／CF／Cu基复合材料。随着铜液浸渗凝固压力的提高，C／CF／Cu基复合材料的抗拉强度升高，当压力为28．5MPa时，复合材料的界面结合良好，组成相分布均匀，抗拉强度达到595MPa，是纯铜的3倍以上。     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳／碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳／碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳／碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳／碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳／碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

Cf/SiC制动材料压缩性能的研究

实验以短碳纤维代替连续碳纤维编织为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备Cf/SiC陶瓷基制动材料.从碳纤维分布、碳纤维长度和碳纤维体积分数3个方面研究对复合材料压缩强度性能的影响.研究结果表明:当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的压缩强度得到提高;随着碳纤维长度的增加,材料的压缩强度先增大后减小;碳纤维含量分别为5％、10％、15％时,复合材料的压缩强度先增大后减小,当碳纤维含量为10％时,垂直纤维层方向压缩强度为39.04 MPa,平行纤维层方向压缩强度为35.24 MPa.     

表面硅化对C／C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面制备ＳｉＣ涂层,研究了制备工艺对涂层和Ｃ／Ｃ复合材料组织结构的影响。经瓜时间对Ｃ／Ｃ复合材料的ＳｉＣ涂层厚度影响不大;Ｃ／Ｃ复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比,更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ说明碳纤维的稳定性热解碳,Ｓｉ通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

碳纤维表面涂覆SiC层及其用于制备CF／Al复合材料

本文报道了用聚碳硅烷的苯溶液在碳纤维表面涂覆ＳｉＣ工艺对涂层性能，结构的影响以及涂层在ＣＦ／Ａｌ复合材料的制备和性能中的作用行为，ＳｉＣ涂层有效地改善了碳纤维的抗氧化性能，在其厚度小于０．１μｍ时提高了碳纤维的强度的强度，而且它改善了碳纤维与熔Ａｌ的润湿性，阻止了界面上的化学反应，可使复合材料的强度提高８９％。     

焊前准备、焊后处理及辅助设备

碳／碳复合材料与硬铝切削表面三维测量对比研究,防止焊接时金属熔滴粘附零件表面的无硅氧药粉[德],45钢凸轮轴摩擦焊及焊后热处理,甲醇合成塔制造中焊接接头硬度的控制,[编者按]     

不同碳源TiC/Ti复合材料的显微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(碳粉末、碳纤维和碳纳米管)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩性能测试。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,TiC呈近等轴状,α片层进一步细化。以碳粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料,断裂韧性较高,以碳纤维和碳纳米管作为碳源时,断裂韧性较低;以不同碳源制备的铸态复合材料,室温抗压强度和屈服强度无明显差异。     

浸渍-碳化工艺对碳/碳复合材料力学性能的影响

采用碳纤维针刺整体毡作为增强体,硼酚醛树脂作为基体先驱体,用浸渍碳化的方法制备C/C复合材料.考察了在不同的浸渍压力和碳化温度下材料力学性能的差异.分析结果表明:不仅密度是影响碳/碳复合材料力学性能的重要因素,纤维和基体的结合状况以及基体碳的结构也是决定材料强度和断裂方式的重要因素.随着工艺参数的改变,碳/碳复合材料的断裂模式可以由“假塑性断裂”向“脆性断裂”转变.     

碳纤维表面涂覆SiC层及其用于制备CF／Al复合材料

本文报道了用聚碳硅烷的苯溶液在碳纤维表面涂覆ＳｉＣ工艺对涂层性能、结构的影响以及涂层在ＣＦ／Ａｌ复合材料的制备和性能中的作用行为．ＳｉＣ涂层有效地改善了碳纤维的抗氧化性能，在其厚度小于０．１μｍ时提高了碳纤维的强度，而且它改善了碳纤维与熔Ａｌ的润湿性，阻止了界面上的化学反应，可使复合材料的强度提高８９％．     

熔渗反应法制备MoSi2-SiC复合材料性能的影响因素

用熔渗反应无压烧结技术制备了MoSi2-SiC复合材料，对制备过程的影响因素进行了分析。研究结果表明：在渗硅温度为1450℃时，反应生成颗粒细小、弥散分布的SiC相，从而使得材料具有较高的抗弯强度；当渗硅温度升高至1750℃时，生成的SiC相发生再结晶长大，使得材料强度下降。成型压力对熔渗硅样品强度影响不大。MoSi2-SiC复合材料的抗弯强度随SiC相含量的增加在增强相含量为40％时存在一极大值，这是由于当SiC数量超过40％后，SiC粒子的团聚、长大使弥散强化作用降低，从而使材料的断裂强度降低；复合材料电阻率随第二相含量的增加而增加。     

碳纳米管强韧化二硅化钼复合材料

利用机械合金化（MA）方法合成MoSi2纳米先驱粉体，并对碳纳米管（CNT）进行超声分散，将MoSi2和CNT湿法球磨混合后，采用热压烧结方法制备了CNT／MoSi2复合材料。结果表明，Mo-Si粉末按原子比1：2混合，以转速510r／min球磨24h得到杂质含量较低的MoSi2纳米粉体。烧结后材料的相组成分析结果显示，不含CNT的MoSi2材料主要为MoSi2相，同时含有少量Mo5Si3；添加CNT后，复合材料中新增了少量的SiC，Mo5Si3的含量也比非增强MoSi2中高。CNT／MoSi2复合材料强度和韧性较纯MoSi2材料均有提高，含2．5％（质量分数，下同）CNT复合材料的抗弯强度提高了72％，添加I％CNT复合材料的断裂韧性提高T43％。对CNT／MoSi2复合材料显微结构分析发现，CNT细化材料晶粒，CNT的拔出，CNT使裂纹偏转、分支和桥联等机制综合作用提高了复合材料的韧性。细晶强化和弥散强化作用提高了材料强度。     

含钒添加剂对纳米硬质合金性能的影响

通过添加草酸氧钒替代碳化钒作为纳米硬质合金制备过程中的抑制剂添加剂，草酸氧钒在湿磨过程中溶解于酒精研磨液中，并在料浆中均匀分散，干燥过程中，草酸氧钒析出并吸附于碳化钨等颗粒表面。烧结过程中，草酸氧钒在400℃左右的温度下转化为氧化钒，在1000℃左右原位还原碳化为碳化钒，该碳化钒均匀分布于合金中，并在后续的液相烧结中抑制碳化钨晶粒长大。研究表明：添加草酸氧钒制备的硬质合金的矫顽磁力值高于添加碳化钒制备的硬质合金的矫顽磁力值；添加碳化钒，容易导致硬质合金中存在碳化钒聚集现象，而添加草酸氧钒制备的合金微观结构没有发现碳化钒聚集现象。     

超高温本体抗氧化碳／碳复合材料研究

通过向碳／碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳／碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳／碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2500℃,600s烧蚀后烧蚀量仅为碳／碳复合材料的1／5,给出了超高温本体抗氧化碳／碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。     

金属基复合材料的发展

复合材料之中最受关注的莫过于纤维增强复合材料。通过纤维强化有可能设计出高温强度优越的材料。早在1948年美国贝尔研究所就已开始研究晶须，确认了锡晶须具有接近于理论值的高强度。1965年GE公司研究了品须作增强材料的可能性，并开发了Al2O3晶须增强的银。1980年日本开发了廉价的SiC晶须，1982年丰田汽车公司发明成功短纤维强化材料。此后相继开发了一系列晶须材料，如SisN4、钛酸钙、硼酸铝、氧化镁等。肾982年至1989年间开发了纤维强化的铝和纤维强化的钛基复合材料。1989年后开发了金属间化合物基和C／C复合材料。近年来，铝基复…     

碳纤维增强铝基复合材料的改性研究

研究碳纤维对铝基复合材料的改性,分别向6061和6063两种铝合金中添加一定量的短切纤维,采用挤压成型方法制备了碳纤维改性铝基复合材料。研究了碳纤维的尺寸及添加量对复合材料力学性能、耐磨性和尺寸稳定性的影响。结果表明,碳纤维改性后的铝基复合材料力学性能有明显提高,其室温抗拉强度、屈服强度均得到增强,而材料的伸长率略有减小;通过耐磨性测试确定了碳纤维的最佳添加尺寸为3 mm,最佳添加量为0.6%;通过冷热冲击测试证明了碳纤维能够有效改善铝基复合材料的尺寸稳定性。     

氧化结构对聚丙烯腈预氧纤维热稳定性的影响

将聚丙烯腈(PAN)原丝进行预氧化热处理,借助固体核磁(13C Solid-NMR)、热重红外联用分析仪(TG-IR)及力学性能测试等手段研究了PAN预氧纤维的结构及对热稳定性和力学性能的影响。结果表明:不同预氧化温度处理的预氧纤维热稳定性呈现先升高后降低趋势,是由形成的环化结构和氧化结构共同作用的结果:环化结构使热稳定性提高,而氧化结构达到一定含量后使热稳定性降低。在后续高温处理过程中预氧纤维中的氧元素与碳元素形成碳氧化合物,以CO和CO2的形式从纤维中脱除,形成结构型缺陷。经245℃处理形成适宜的预氧结构,碳元素脱除量最小,碳纤维的碳收率及拉伸强度最高。