用不同工艺制备的C/C复合材料的力学行为

对CVI(化学气相渗透)、RI(树脂浸渍)和CVI+RI 3种不同工艺制备的C/C复合材料进行了弯曲、剪切实验。结果表明:CVI和CVI+RI增密试样的弯曲、剪切强度均高于RI增密试样;用CVI和用CVI+RI制备的试样,其断裂过程均为典型的假塑性行为,而RI试样为典型的脆断行为。断口SEM观察表明:用CVI制备的试样断口呈锯齿状,有大量纤维从基体炭中拔出;而RI增密试样的断口平缓、光滑,仅有少量纤维拔出;在不同阶段增密的热解炭之间也呈现出阶梯状断裂形貌,并存在大小不一的裂纹,这表明在材料的断裂过程中,先用CVI增密试样不仅因纤维与基体炭之间的弱界面结合可提高材料的强度,也能因不同阶段增密工艺中产生的热解炭之间的环性裂缝影响微裂纹的走向,从而改变材料的脆断特征。     

热解炭涂层对C/C复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能的影响

采用化学气相沉积工艺在C/C复合材料表面制备热解炭涂层,利用扫描电镜以及能谱仪等分析手段研究涂层的结构,通过氧乙炔焰烧蚀试验考察热解炭涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明:在C/C复合材料表面沉积热解炭涂层可显著提高材料的短时高温耐烧蚀性能。经过20 s的高温氧乙炔焰烧蚀后,与无热解炭涂层的C/C复合材料试样相比,涂层试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降26.92%和75.76%。在烧蚀中心区,热解炭涂层完全被烧蚀损耗掉;在烧蚀过渡区,涂层表现为局部烧穿;而在烧蚀边缘区,涂层表面烧蚀后形成了众多的烧蚀孔洞,呈现出蜂窝状的结构形貌。烧蚀过程中,涂层的烧蚀机制以热氧化和燃气冲刷为主。     

分散炭纤维对C/C-SiC复合材料压缩性能的影响

以短炭纤维为增强体,采用浸渍模压炭化增密工艺制备C/C多孔体,结合反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料。采用电子万能试验机测定复合材料的压缩性能,利用扫描电镜观察该材料及其断口显微形貌;研究纤维分散性对C/C多孔体孔隙和C/C-SiC复合材料压缩性能的影响。结果表明:分散炭纤维制备的C/C多孔体中纤维分布更均匀,没有因纤维束搭桥而产生大孔隙等缺陷;分散纤维增强的C/C-SiC复合材料在平行方向和垂直方向均有较好的压缩性能,其压缩强度分别为100.6 MPa和76.2 MPa。     

熔渗法制备MoSi_2改性C/C复合材料的组织结构与力学性能

以Si和SiO_2粉为原料,采用化学气相反应法在多孔低密度C/C复合材料的表面和内部制备SiC涂层,然后以MoSi_2粉末为原料分别对C/C复合材料以及SiC涂层改性的C/C复合材料进行反应熔渗,获得MoSi_2改性C/C复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针显微分析对该复合材料的微观形貌与结构进行研究,并测试材料的抗弯强度。结果表明,与MoSi_2直接熔渗制备Si-Mo改性C/C复合材料相比,熔渗前制备SiC涂层作为界面层,可有效降低Si-Mo改性C/C复合材料的孔隙率,获得更加致密的Si-Mo改性C/C复合材料,材料密度从2.93 g/cm~3提高到3.20 g/cm~3,开孔率从10.77%降低到4.07%;抗弯强度从87 MPa提高到121 MPa。该复合材料中SiC和MoSi_2的含量较高,弯曲断裂呈现假塑性断裂。     

准单向纤维排布环形炭/炭复合材料的组织与性能

以PAN基炭纤维无纬布为主体,与短切网胎纤维交互叠层制备准单向纤维排布环形炭预制体,然后采用等温化学气相渗透工艺,在丙烯与氮气分压比为1.2:1,系统压力为1.5 kPa的条件下进行增密,制备准单向纤维排布环形C/C复合材料,研究气相渗透温度对增密效率的影响,并对复合材料进行组织观察与导电导热性能测试。结果表明:在980℃温度下化学气相渗透效率最高,480 h后获得密度为1.84 g/cm~3、孔隙率为6.4%的准单向纤维排布C/C复合材料;准单向纤维排布环形C/C复合材料沿轴向方向具有高纤维取向,并且材料沿轴向具有较高的导电与导热性能,其电阻率为20.3μ?·m,热导率为72.8 W/(m·K)。热解炭组织为高织构粗糙层,热解炭生长良好,石墨化度为60.1%。     

包覆工艺制备C—SiC—B4C—TiB2复合材料的组织与性能

以鳞片石墨,B4C,SiC,TiO2为原料,利用包覆工艺在不同热压温度下制备了w(C)=50%的C-SiC-B4C-TiB2复合材料,并详细研究了热压温度对复合材料显微组织和性能的影响规律.结果表明,当热压温度高于1 850 ℃时,复合材料由C,SiC,B4C和TiB2这四相组成;复合材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而增加.2 000 ℃热压时,复合材料的体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到2.41 g/cm3,3.42%,176 MPa和6.1 MPa·m1/2;热压温度升高,复合材料的碳相和陶瓷相逐渐致密,碳相最终形成了在陶瓷基体上镶嵌的直径为40 μm橄榄球状和条状这两种形貌.碳/陶瓷相的弱界面分层诱导韧化和第二相TiB2与陶瓷基体之间热膨胀系数不匹配所致的残余应力使变形过程中微裂纹的扩展路径发展变化,使复合材料的韧性提高.     

航空刹车用C/C复合材料坯体结构研究

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,对国外炭/炭刹车材料的部分力学性能和热导率进行了测试,并利用金相显微镜对其坯体结构进行了观察分析,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、气体扩散通造多、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700h CVD增密,小样密度可达1.81g/cm~3,大样密度达1.75g/cm~3,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.     

C/C复合材料在CD15W-40机油润滑状态下的摩擦性能

以炭纤维无维布与网胎叠层针刺而成的整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C复合材料,利用MM-1000型惯性试验台研究该材料在干态和CD 15W-40柴油机油润滑状态下的室温摩擦磨损性能,并采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜以及三维显微镜观察分析该材料的结构形貌、摩擦表面形貌和磨屑形貌.结果表明:C/C复合材料在干...     

碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料.研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理.结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5 MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%.     

Cu-Ti合金中Ti含量对C/C复合材料润湿性能的影响

利用超高温接触角测量仪、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究Ti含量对Cu-Ti合金与C/C复合材料润湿性的影响。结果表明,随Ti含量增加,Cu-Ti合金对C/C的接触角逐渐降低。当Ti的质量分数为4.8%时,接触角降低到90°以下,Cu-Ti合金与C/C复合材料部分润湿;当Ti的质量分数为8%时接触角降为0°,Cu-Ti合金与C/C复合材料完全润湿。润湿界面形貌与Ti含量相关,当Ti含量为8%时,界面出现宽大的层状剪切裂纹;当Ti含量为12%时,界面致密无裂纹,Cu-Ti合金能较好地渗入C/C复合材料中的孔隙;当Ti含量为16%时,界面出现数量较多的细小裂纹,Cu-Ti合金熔体中的钛元素向界面扩散形成富钛层,并与C/C复合材料中的碳元素反应生成厚度为3~5μm的连续TiC层,该TiC层可改善合金对C/C复合材料的润湿性能。     

炭/炭复合材料化学气相沉积工艺进展

对多种化学气相沉积工艺进行了分析对比，指出在炭／炭复合材料的研制与开发中，以等温等压（ICVD）的工艺为最优。该工艺能很好地控制工艺参数，特别是对于装了大量异形件的高炉膛，所沉积的样件不仅密度均匀而且性能稳定，虽然其工艺周期较长，但在实际生产中，可以通过多料柱的高炉膛来降低成本，是比较成熟、稳定的生产工艺。近年来兴起的其他工艺，主要关注沉积速度和沉积机理，大多局限于实验室研究，距工业化大生产还有很大的距离。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料石墨化度的影响

以40％,30％及25％3种不同纤堆体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次CVI后得到C／C复合材料;采用X射线衍射与拉曼光谱微区分析测试了3个试样在沉积态与2200,2400℃热处理的宏观与微区石墨化度,并在偏光下观察了其微观结构,分析了不同纤维体积分数的CVIC／C复合材料石墨化度不同的原因。结果表明:CVI后的热解炭为典型光滑层结构,且随着纤维体积分数的增加C／C复合材料在不同热处理温度下的石墨化度增加;热处理温度越南,石墨化度越高;纤维与光滑层热解发界面及2种不同光滑层热解发界面均发生应力石墨化,导致纤维体积分数高的试样石墨化度高。     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO₂保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

高温热震对具有SiC涂层的C/C复合材料压缩性能的影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备SiC涂层,对SiC涂层C/C复合材料试样进行热震实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等研究涂层的形貌和结构,采用压缩性能试验研究热震次数及热震温度对SiC涂层C/C复合材料试样压缩性能的影响。结果表明:试样的抗压强度在197.9~237.0 MPa之间,平均抗压强度为210.4 MPa。在1 100℃下进行热震实验,抗压强度随热震次数增加呈近似线性降低趋势;当热震次数一定时(15次循环热震),在900~1 500℃温度范围内,抗压强度随热震温度升高逐渐降低。热震温度为1 500℃时,热震后试样的抗压强度略有升高,主要与热震过程中氧化形成的SiO2玻璃的高温自愈合作用有关。     

C/C复合材料密度及预氧化处理对SiC涂层的影响

采用包埋法分别在密度为0.8、1.4和1.8 g/cm³的炭/炭(C/C)复合材料表面制备SiC涂层,选择密度为1.8 g/cm³的试样研究预氧化处理对涂层结构和抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的显微组织和物相组成,用1500℃静态空气氧化方法测试涂层的抗氧化性能。结果表明,随C/C复合材料密度增大,涂层嵌入基体的深度越小,涂层与基体的分界越明显。密度为1.8 g/cm³的C/C复合材料进行预氧化处理后,表面粗糙度增大,表面的炭纤维周围产生了环形孔隙,再经过包埋制备SiC涂层,涂层厚度增加且更加均匀致密。将样品于1500℃静态空气中氧化334 h后,氧化质量损失率为0.684×10^?4 g/(cm²·h),氧化后表面生成了莫来石相,抗氧化性能有明显提升。     

内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果

本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型,通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编织C/C材料间的接触热阻,并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明:减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法,但是必须同时考虑由此引起的强度问题;界面接触热阻对热防护效果影响很大,必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护.     

炉外法生产低碳锰铁的工艺探讨

通过理论计算并结合生产实践探讨了炉外法生产Ｃ≤０．１％锰铁的可行性。理论计算表明,将锰矿、石灰熔化成渣,倒人摇包或其它装置,再兑人Ｓｉ≥２８％的高硅锰硅合金,可以生产出Ｃ≤０．１％的锰铁。采用炉外法生产具有锰回收率高,锰硅合金消耗低,产品碳含量低的优点。     

基体炭含量对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

在M2000型摩擦试验机上,以表面镀Cr的40Cr钢为配副,测试了基体炭分别为光滑层热解炭(SL)、树脂炭(RC)和热解树脂炭(SL/RC)的3种C/C复合材料摩擦磨损行为.结果表明:随载荷增加,基体炭为全SL炭的材料A摩擦因数变化小,在0.117～0.105之间;全RC炭的材料B波动最大,在0.156～0.123之间;基体炭中SL炭质量分数为48.9%、RC炭质量分数为20.2%的材料C的摩擦因数波动幅度接近于材料A,在0.120～0.110之间.材料C的体积磨损最小,在0.191～0.620 mm3之间.随时间延长,材料A、C的摩擦因数稳定,材料B的下降幅度最大.SEM观察表明,随载荷增加,材料B摩擦表面逐渐致密、完整,材料C摩擦表面的纤维磨损现象加重.     

Mn-Fe-C系和Mn-V-C系热力学性质的研究

用碳饱和法研究了1450℃时Mn-Fe-C系和Mn-V-C系有关的热力学性质，得到Mn-Fe-C系：Xc=0.27994-0.10044XFc,lnγc^0=-1.4558,εCC=9.896,εc^Fc=0.359,ρc^Fe=0.064,εc^F3=1.354，C的活度系数表达式为lnγC=-1.4558 9.896Xc 1.354XF3;Mn-V-C系：Xc=0.2771 0.3395Xv,εc^V=-1.225,ρc^V=0.751,εc^V=-4.584，C的活度系数表达式为lnγc=-1.4558 9.896Xc-4.584Xv.     

树脂炭含量对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

为探明树脂炭含量与C/C复合材料摩擦因数及磨损量的关系,研究树脂炭含量分别为0、8.6%、67%(质量分数)的3种C/C复合材料的精细结构和摩擦磨损性能,采用实验用飞机制动装置模拟不同速度下的刹车过程,利用扫描、透射电镜观测分析摩擦表面和磨屑的微观形貌与结构.结果表明:3种材料均具有稳定的摩擦因数,并在中低速条件下达到...