碳毡/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用改进的快速通电加热测试技术,模拟碳毡／碳复合材料的超高温工作环境,对其高温下的拉伸、压缩力学性能进行了全面的测试,并计算了材料在不同温度下的抗热应力系数．结果表明,材料的模量和强度在一定范围内随温度的升高而增加．材料的拉伸性能ＸＹ向优于Ｚ向,而压缩性能Ｚ向优于ＸＹ向．材料的抗热震性能随温度升高变化平稳,ＸＹ向的抗热震性能优于Ｚ向．     

毡基碳/碳复合材料氧化动力学研究

本文研究了不同温度(773～1173K)条件下,毡基碳/碳复合材料的氧化动力学行为,并利用扫描电镜观察分析了不同氧化程度的碳/碳复合材料显微组织。实验结果表明:毡基碳/碳复合材料在各温度下氧化速度均不随时间而变化。在高于和低于873K时,其氧化机制不同,二者的活化能分别为128kJ/mol和96kJ/mol;同时,碳/碳复合材料氧化过程中。碳毡优先氧化,随着氧化过程进行到后期,基体碳氧化程度加剧。另一方面,毡基碳/碳复合材料的氧化速度主要受该材料的表面反应、气体扩散、催化剂等因素的影响。     

碳毡/铜复合材料的摩擦磨损特性研究

本文研究了用电沉积法制备的碳毡/铜复合材料的摩擦磨损特性。研究结果表明,在干摩擦条件下,复合材料的耐磨性主要与摩擦副间维持连续有效碳膜时间的长短有关,该时间取决于碳毡纤维的体积分数。在油润滑条件下,碳毡/铜复合材料的耐磨性与复合材料的硬度及纤维弯曲和破断所消耗能量的多少有关。在这两种条件下,复合材料的耐磨性均明显优于常用耐磨铜合金ZQSn6-6-3.     

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。     

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层. 借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征, 采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律. 结果表明: 制备的多相涂层结构致密, 涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大, 断裂特征由假塑性向脆性转变. 涂层试样经1500℃至室温20次热震后, 涂层试样的弯曲强度降低, 塑性增强.     

CLVI制备C/C复合材料的微观结构及力学性能研究

采用快速化学液相气化渗透法制备了碳/碳复合材料,沉积温度为850-1400℃,系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解碳的微观组织结构及断口形貌特征;针对该技术特殊的致密化环境,研究了三种类型热解碳的形成条件及沉积过程;观察结果表明:粗糙层热解碳以层状方式生长,生长层面为曲面形状,热解碳微观结构呈现出锥形生长特征;同时测定了材料的力学性能,发现材料破坏形式属于剪切-拉伸的复式破坏,但拉伸破坏为主导形式,材料的纤维/基体粘结强度较高,薄弱环节是层间结合部位.     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究，得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律。实验结果表明：三维编织复合材料具有良好的力学性能，而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响，这些结果为进一步研究复合材料的强度反作用失效问题奠定了实验基础。     

三维编织碳／碳复合材料高温力学性能的测试与预报

用快速通电加热测试技术研究了细编穿刺３ＤＣ／Ｃ复合材料在２８００℃时的位伸性能，把碳纤维和基体的性能作为已知参数，选取适当细观代表性单胞，利用细观力学和三维有限无方法预报共高温弹性模量，分析了织物结构参数的影响，其随温度的变化规律与实测结果吻合。     

三维编织碳复合材料的制备及其力学性能研究

采用真空辅助RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/EP)复合材料,通过对树脂的粘度特性和固化特性的分析,确定了最佳的工艺参数.金相显微镜对复合材料微观结构的观察表明树脂对纤维的浸润良好.同时,还研究了该工艺制备的C3D/EP复合材料的力学性能,结果表明随着纤维体积比的增加,复合材料的硬度、弯曲强度和冲击强度均提高,断口的扫描电镜观察表明复合材料的破坏方式是以脆性断裂为主.     

多层碳纤维毡复合材料的电磁屏蔽性能研究

通过对多层碳纤维毡(CFF)/环氧树脂(EP)复合材料的厚度、碳毡含量以及碳黑填充的设计,制备了多种多层结构碳纤维毡复合材料,研究了多层碳纤维毡复合材料的屏蔽性能。结果表明:随着厚度的增加,多层结构复合材料的屏蔽效能呈增高趋势;随碳毡含量的升高,多层结构复合材料的单位厚度屏蔽效能逐渐增高;碳黑(CB)的添加能进一步提升材料的屏蔽效能,碳黑填充位置的不同对多层结构复合材料的屏蔽效能影响较大;在4.00 GHz时, CFF-CB-GFF结构的屏蔽效能可达到约71 dB,可作为优良的结构功能一体化屏蔽材料。     

热处理温度对热解炭及炭/炭复合材料力学性能的影响

以丙烷为气源,采用等温等压化学气相渗透技术制备了炭/炭复合材料,利用X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜、纳米压痕仪、三点弯曲法研究了热处理温度对热解炭以及炭/炭复合材料微观结构和力学性能的影响.微观结构观察显示随着热处理温度的升高,热解炭层间距减小,同时石墨化度提高;由于发生了局部应力石墨化,热解炭出现同心微裂纹,并且随热处理温度的升高裂纹的数量和宽度增加.纳米压痕测试表明,热解炭的纳米压痕行为是完全的弹性形变,完全卸载后热解炭表面没有残余压痕,但加载和卸载曲线没有重合而是存在一定的能量耗散,随着热处理温度的升高,热解炭的弹性模量增大.热处理后纤维强度降低,并且纤维与基体炭界面脱离,导致炭/炭复合材料的弯曲强度和模量下降.     

双基体炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

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双基体炭/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光学各向异性,材料内部形成多层次的界面结构,热解炭呈现"皱褶状"片层结构,中间相沥青炭呈现片层条带状结构,基体炭片层的走向基本上平行于纤维轴向.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片层之间引起滑移,在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式,材料具有韧性断裂的特征,抗弯强度最高可达223MPa.     

C/C-ZrC复合材料的微观结构和力学性能研究

采用ZrOCl₂溶液浸渍法把锆化合物引入碳纤维预制体, 经热处理、热梯度化学气相渗透致密化和高温石墨化工艺制备了C/C-ZrC复合材料。性能测试结果表明, C/C复合材料的弯曲强度和模量随ZrC含量的增加而增大, ZrC含量为12.08wt%时, 其强度和模量分别为42.5 MPa 和9.6 GPa, 比未改性试样分别提高了70.0%和43.3%。基体中结合较弱的微米级ZrC颗粒的存在不利于碳基体强度的提高, 但其对材料最终性能的影响是次要的, 碳基体中亚微米/纳米级ZrC颗粒的存在和良好的ZrC-C界面结合, 提高了碳基体的强度和模量, 进而提高了复合材料的最终性能。     

最终热处理温度对针刺无纬布C/C复合材料性能的影响

以针刺无纬布预制体为增强体,采用化学气相渗透与沥青浸渍/高压炭化工艺制备高密度(≥1.90g/cm~3)的C/C复合材料,对完成致密的材料分别进行了900℃及1500℃的最终热处理,研究了最终热处理温度对C/C复合材料力学性能、热膨胀系数的影响。结果表明,与未处理的试样相比,经过最终热处理的试样孔隙率明显增大,热处理温度越高孔隙率越高,经过1500℃热处理的试样孔隙率达到9.05%,高出58.2%;经过最终热处理的试样力学性能及轴向热膨胀系数均下降,并且随着热处理温度的升高,轴向热膨胀系数降低越明显,经过1500℃处理的试样1000℃下轴向热膨胀系数由处理前的2.120×10-6/℃降至1.002×10-6/℃,降低幅度达53%,而力学性能总体降低幅度不是很大。     

针刺工艺参数对炭布网胎增强C/C材料力学性能的影响

采用机械针刺技术, 研究了针刺密度、针刺深度对原位针刺增强碳布网胎迭层预制体结构C/C材料力学性能的影响. 结果表明, 采用高的针刺密度和针刺深度参数, 可获得高的预制体密度和纤维体积分数, 针刺密度和针刺深度对材料层间剪切性能的影响程度比对压缩、弯曲性能的影响程度大, 采用一定密度的碳布网胎时, 在一定范围内, 提高针刺密度和深度能提高材料的力学性能,当针刺密度控制在20～50针/cm²、针刺深度控制在12～16mm时, C/C材料力学性能随两针刺参数值升高而提高; 当针刺密度控制在30针/cm²时, C/C材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到137.68、224MPa, 剪切强度达到15.5MPa, 针刺深度为12mm时, 材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到134.24、213.2MPa, 为较佳的针刺工艺参数.     

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.     

具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

采用液相浸渍-炭化和CVI复合工艺, 制备出在炭纤维和热解炭之间具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料, 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所制备的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能. 结果表明: 在偏光显微镜下中间相沥青炭的光学活性高于热解炭的光学活性, 中间相沥青炭在SEM和TEM下均呈片层条带状结构, 热解炭在SEM下呈“皱褶状”片层结构, 在TEM下为粒状结构; 在HRTEM下, 中间相沥青炭、热解炭和炭纤维的晶化程度依次降低. 在加载过程中, 材料内部多层次的界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度, 在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式, 纤维拔出长度适中, 材料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244MPa, 断裂韧性达到9.7MPa·m^1/2.