加压焙烧法制备短纤维增强C/C复合材料

采用加压焙烧工艺制备了短纤维增强C／C复合材料，研究了基体材料配比及纤维含量对其力学性能的影响，结果发现，基体材料中粘接剂沥青的最佳含量为30w%，当炭纤维含量小于8．3vol%时，随着炭纤维含量的增加，复合材料的抗折强度逐渐升高，之后，随着炭纤维的体积含量的增加，复合材料的抗折强度有所下降。     

C/C多孔体对C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响

以4种纤维含量相同(32%,体积分数,下同),用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了4种密度的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)多孔体,基体炭含量约20%～50%.利用液相渗硅法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体对所制备的C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响.结果表明:不同密度的C/C多孔体反应渗硅后,复合材料的物相组成均为SiC,C及单质Si;随着C/C多孔体中基体炭含量的增加,C/C-SiC复合材料中SiC含量逐渐减少而热解炭含量逐渐增加.C/C-SiC复合材料弯曲强度随着材料中残留热解炭含量增加而逐渐增加,热解炭含量为约42%的C/C多孔体所制备的C/C-SiC复合材料的弯曲强度最大,达到320 MPa.     

二维C/C复合材料层叠板制备工艺及其性能的研究

研究通过浸渍—炭化法制备二维C／C复合材料层叠板的工艺参数，分析了不同基体前驱体和增密次数对材料的密度、厚度和收缩率、体积电阻率和层间剪切强度的影响，并用扫描电子显微镜进行断口分析。结果表明：选用残炭率较高的基体前驱体和适当的增密次数是制备低成本二维C／C复合材料层叠板的关键；相同纤维体积的层叠板基体炭含量越高，电阻率越小，导电性能越好；单位体积含有炭纤维越多，纤维受损几率就越大，产生结构缺陷几率越高，导致电阻率增加，导电性能下降；本实验中二维C／C复合材料层叠板制备工艺简单可行，层叠板的密度达到1．40g／cm^3以上，剪切强度为1．5MPa，断口呈脆性断裂特征。     

B_4C/Al-Mg复合材料的制备及性能研究

用模压成型法制备了B_4C/Al-Mg复合材料。采用水静力天平、抗折强度测定仪、X射线衍射仪和SEM对其物理性能、力学性能和晶体结构和微观形貌进行了分析,研究了原料配方及烧结温度对B_4C/Al-Mg复合材料的晶型转变、微观形貌、体积密度、力学性能等的影响。结果表明,当Al、Mg的配比为37.0%和3.0%,烧结温度为1150℃时复合材料的综合性能最佳,体积密度为2.40 g/cm~3,抗折强度为303.67 MPa,硬度为79.4 HRC。     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究北大核心

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

B_4C对低碳MgO-C材料性能的影响

以电熔镁砂、鳞片石墨、金属铝粉、酚醛树脂为主要原料,研究了B4C外加量(w)为0、0.1%、0.2%和0.3%时对低碳镁碳材料物理性能和抗氧化性能的影响。结果表明:添加少量B4C对试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度以及高温抗折强度的影响较小,B4C外加量对试样脱碳层厚度的影响显著:B4C的外加质量分数从0增加到0.1%时,脱碳层厚度减少了36%;当B4C外加质量分数进一步从0.1%增加到0.3%时,脱碳层厚度减少了26%。B4C氧化生成的B2O3等玻璃态物质存在于镁砂颗粒间,阻止了氧气向材料内部的传输。     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

新型炭纤维/泡沫炭预制体的制备及致密化研究

由炭纤维/酚醛树脂经过发泡、固化和炭化制备出4种不同炭纤维含量(3%,7%,10%和15%)的泡沫炭作为制备炭/炭复合材料新型预制体,通过等温化学气相沉积对预制体进行致密化处理。研究了炭纤维含量对预制体微观结构、致密化过程及力学性能的影响。结果表明:炭纤维含量增加,使预制体产生更多的微裂纹,并有更多的炭纤维裸露在泡沫炭韧带外,有助于提高化学气相沉积的沉积速率。炭纤维/泡沫炭预制体炭/炭复合材料压缩强度随着预制体中炭纤维含量的增加而增加,当炭纤维体积分数为10%时,压缩强度达到峰值,为43MPa。     

C/C-SiC-HfC复合材料的微观结构及力学性能研究北大核心

采用炭纤维和陶瓷粉末混编技术将HfC粉引入到炭纤维预制体中,制备了含有HfC超高温陶瓷粉末的炭纤维预制体;随后采用化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了密度高达1.94 g/cm^(3)的C/C-SiC-HfC复合材料,分析了复合材料的微观结构及力学性能。结果表明,制备的复合材料主要由C、SiC及HfC等物相组成,复合材料的平均弯曲强度达到了78.3 MPa,平均压缩强度为127.9 MPa;断裂过程中,断口处出现明显的裂纹扩展、纤维拔出及脱粘现象,从而使得材料呈现出一定的假塑性断裂特征。     

基于液相热解沉积的C/C复合材料及其热物性研究

环己烷为前驱体,以体密度0.50g/cm~3左右的T700(12k)炭纤维针刺毡为预制体,在自主设计的专用设备中用化学液相热解沉积工艺再结合热等静压工艺制备出1.75 g/cm~3C/C复合材料。借助偏光显微镜、扫描电镜对C/C复合材料的微观结构进行了研究,用耐驰NETZSCH LFA 457 MicroFlash激光热导仪对C/C复合材料热物性进行了分析,结果表明,该液相热解沉积工艺制备的C/C复合材料炭相多为粗糙层结构,沉积炭呈环形紧密包覆在炭纤维周围,炭纤维力学性能得以充分发挥。热物理性能测试结果表明,该复合工艺制备的C/C复合材料导热性能良好,热力学性能呈明显各向异性,线膨胀系数小,体积稳定性好。     

Tensile properties and fracture toughness of carbon-fiber felt reinforced carbon composites at high temperature

Two kinds of carbon felt reinforced carbon composites, C/C-A and C/C-B, containing respectively pitch carbon fibers and PAN carbon fibers, have been developed to enhance the fracture mechanics properties. The fracture toughness values of these new composites were measured as a function of temperature up to 2400°C. These results are compared with those of a carbon fiber cloth reinforced carbon composite containing rayon fibers (C/C-C) and a fine grain isostatic graphite (IG-11). Major differences among these materials and their distinctive features are discussed.     

短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料力学性能的影响

以Si作为主要烧结助剂,采用热压烧结法制备了短切碳纤维-碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SiC)复合材料.采用X射线衍射仪、扫描电镜、硬度仪以及力学性能试验机等,研究了Csf含量对所制备材料的结构、组成、形貌及复合材料的弯曲强度、Vickers硬度和断裂韧性的影响.结果表明:采用热压法能制备出致密且Csf分布均匀的Csf/SiC复合材料.Csf/SiC复合材料的弯曲强度随Csf含量增加先增大后减小,含15%(体积分数,下同)Csf的Csf/SiC样品强度最高,达到466MPa,并且Csf含量小于30%的Csf/SiC样品强度高于无纤维SiC材料.材料的Vickers硬度随Csf含量增加而降低.Csf/SiC样品的断裂韧性随Csf含量增加而逐渐增大,Csf含量为53%时,达到最大为5.5MPa·m1/2,与无纤维SiC样品相比,增加近2倍.     

基体改性对碳纤维增韧碳化硅复合材料结构与性能的影响

采用化学气相浸渗法对2D C/SiC复合材料进行基体改性,制备了二维碳纤维增韧碳-碳化硅二元基复合材料(two dimensional carbon fiber reinforced C-SiC binary matrix composites,2D C/C-SiC).2D C/C-SiC复合材料的基体为热解碳和碳化硅交替叠层的多层基体.研究了2D C/C-SiC复合材料的微观结构,比较了2DC/SiC复合材料和2DC/C-SiC复合材料的力学性能及断口形貌.结果表明:2DC/C-SiC复合材料可在基本保持2DC/SiC复合材料抗弯强度的基础上,其断裂韧性得到显著提高.基体改性的效果明显.纤维的逐级拔出是断裂韧性提高的原因.     

针刺C/C复合材料拉伸性能和韧性的研究进展

综述了近年来国内外针刺C／C复合材料拉伸性能和韧性研究进展,归纳了影响针刺C／C复合材料拉伸性能和韧性的主要因素,即炭纤维、炭基体、界面和针刺工艺参数等,初步得到了提高材料拉伸性能和韧性的方法：提高针刺C／C材料拉伸性能的方法主要是提高纤维体积分数;提高针刺C／C材料韧性的方法主要是改善致密工艺。在此基础上,对未来的进一步研究进行展望。     

炭前驱体形态对C/C复合材料导热系数的影响

利用热塑性中间相沥青为黏结剂,短炭纤维.增强体,一步热压成型制备C/C导热复合材料.采用SEM和偏光显微镜观察等分析手段,研究了2∶1,2.5∶1和3∶1三种不同管径比对C/C复合材料的影响.结果表明:通过热压模具空腔结构的改变可以引起炭前驱体挤出形态的变化,使得轴向基体炭有序生长与短炭纤维增强体呈现有序排列,其中间相液晶分子垂直和平行于模压压力方向均排列成纤维状长程有序结构,短切纤维呈现出与压力平行方向排布.当空腔管径比为3:1,轴向导热系数由86.2 W/(m·K)增大至115.5 W/(m· K),各向异性比由1.6减小为1.2.由此所得块体C/C复合材料具有显著的二维取向结构,轴径向导热系数趋于平衡.     

涂层工艺对C/C复合材料结构和弯曲性能的影响

采用热处理和包埋工艺制备了Ｃ／Ｃ复合材料的ＭｏＳｉ２／ＳｉＣ抗氧化涂层,对组织结构、界面、弯曲断口进行了显微观察,分析了氧化保护涂层及其工艺对其机械性能的影响,结果表明,该工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面生成涂层的同时,使基材内部的界面也被硅化;并且发现,热解炭基体比炭纤维更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ。Ｃ／Ｃ复合材料经涂层工艺处理后,弯曲强度降低;热处理过程中发生的材料氧化是弯曲强度下降的主要原因     

轴棒法C／C复合材料微观结构及性能分析

采用轴棒法4D预制体、煤沥青为前驱体,经过常压、高压相结合的液相浸渍一炭化的致密工艺,制备出高密度轴棒法C／C复合材料。研究了轴棒法C／C复合材料的微观结构及其对轴向室温、高温（2800℃）拉伸破坏形式的影响。结果表明：轴棒法C／C复合材料轴向增强体采用炭棒,出现了一个特殊的界面,即炭棒与基体的“间隙”,主要原因是炭棒内部结合较强和纤维、基体的热膨胀系数不匹配而引起的;间隙的存在,使得轴棒法C／C复合材料的轴向室温、高温拉伸破坏形式出现较大差异,室温拉伸由于界面结合强度弱而引起的炭棒完整的拔出,未起到纤维应有的增强作用;高温拉伸却由于受热膨胀,间隙愈合,界面结合变强,试样从有效部位断裂,纤维增强作用明显提高。     

化学气相渗C／SiC材料结构与性能的研究

采用碳布层叠然后用化学气相渗方法制备了Ｃ／ＳｉＣ复合材料，这种材料纤维与基体间的界面是决策材料力学行为的重要因素，带有热解碳作为界面层的Ｃ／ＳｉＣ材料，在断裂进表现出大范围的脱粘，纤维与周围的基体不同发生断裂，有大量的纤维拨出，断口类似毛刷，无界央层材料表现为脆性平面断口，裂纹直接通过纤维和基体向前扩展，没有发生脱粘。     

Effect of fiber type on mechanical properties of short carbon fiber reinforced B4C composites

In order to enhance the mechanical properties of B₄C without density increase, the short carbon fibers M40, M55J and T700 reinforced B₄C ceramic composites were fabricated by hot-pressing process. The addition of the carbon fibers accelerates the densification of the B₄C, decreases their densities, and improves their strength and toughness. The enhancement effects of the three kinds of carbon fibers were studied by investigating the density, Vickers hardness and the mechanical properties such as flexural strength, flexural modulus and fracture toughness of the composites. The fiber type has a great influence on the mechanical properties and enhancement of the short carbon fiber reinforced B₄C composites. The flexible carbon fiber with high strength and low modulus such as T700 is appropriate to reinforce the B₄C matrix ceramic composites.