炭/炭复合材料石墨化度的表征(Ⅰ)

叙述了用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）表征炭－石墨化度的来源,以及炭－石墨材料与炭／炭复合材料的不同点。在一定的实验基础和理论分析上,提出目前ＸＲＤ测试的Ｇ参数表征Ｃ／Ｃ复合材料的石墨化度时不完善,它只反映了Ｃ／Ｃ组分中石墨化度高的组分的石墨化性能。同时提出了两种Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度表征的新方法,一是考虑衍射强度的Ｇ参数的修正公式;另一是利用激光拉曼光谱来表征。     

石墨化度及纤维含量对C/C复合材料性能的影响

以短切高模炭纤维为增强体.制备C/C复合材料,并采用XRD、SEM等方法研究了纤维体积含量和石墨化度对复合材料性能的影响.结果表明:当短切高模炭纤维体积含量小于7%时,随着炭纤维体积含量增加,C/C复合材料的力学性能逐渐升高,高于7%时力学性能降低;随着石墨化度提高,C/C复合材料的力学性能显著降低,短切高模炭纤维增强作用下降;C/C复合材料的石墨化度对电阻率影响大,纤维体积含量对电阻率几乎没有影响;C/C复合材料的石墨化度对材料的抗氧化性影响显著.     

炭布叠层/热解炭复合材料导热系数与石墨化度的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD，分析了一种炭布叠层／粗糙层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系，建立了二者之间的定量数学模型，并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明，复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的2倍，但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高．两个方向导热系数与石墨化度之间关系可分别表示为：λ=31．22 8．62exp(g／27．10)及λ=6．08 892exn(g／33.99)。     

短炭纤维/树脂炭复合材料导热系数与石墨化度之间的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD,分析了一种中间相沥青基短炭纤维／树脂炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了两者之间的定量数学模型。并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明。复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的6倍，但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高。两个方向导热系数λ与石墨化度g之间关系分别符合公式：λ=53．78 0．28exp(g／13．75)及λ=4．95 0．94exp(g／25．22)。     

炭／炭复合材料石墨化度的表征（I）

叙述了用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）表征炭－石墨化度的来源,以及炭－石墨材料与炭／炭复合材料的不同点。在一定的实验基础和理论分析上,提出目前ＸＲＤ测试的Ｇ参数表征Ｃ／Ｃ复合材料的石墨化度时不完善,它只反映了Ｃ／Ｃ组分中石墨化度高的组分的石墨化性能,同时提出了两种Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度表征的新方法,一是考虑衍射强度的Ｇ参数的修正公式,另一是利用激光拉曼光谱来表征。     

C/C复合材料石墨化度的喇曼光谱表征

采用显微激光喇曼光谱及XRD测量、表征了C/C复合材料中炭纤维、沥青炭及CVD热解炭经不同温度石墨化处理后的结构参数.结果表明:在3种炭材料的喇曼图谱上都有2个散射强度峰-D峰和G峰,峰位分别位于喇曼位移约1333及1584cm^-1处,随石墨化处理温度改变,2峰峰位没有变化,但2峰相对强度却发生变化.将D峰相对于G峰的强度R的倒数R^-1与XRD法得到的石墨化度g比照,发现2者存在一一对应关系,符合公式:g=1-exp[-2.11(R^-1-0.34)].     

石墨化处理对不同高织构含量C/C复合材料微结构的影响

采用化学气相沉积工艺制备出炭毡增强炭/炭(C/C)复合材料和3K炭布叠层增强C/C复合材料,并对材料进行2500℃高温石墨化处理。利用X射线衍射仪;偏光显微镜及拉曼光谱仪对所制材料进行表征。结果表明,炭毡C/C复合材料基体是单一的高织构(HT)热解炭,3K炭布叠层C/C复合材料的基体是带状组织,从纤维表面向外依次为各向同性热解炭、HT和中织构(MT)热解炭,其中HT含量低于50%;沉积态和热处理后,两种C/C复合材料都具有相似的石墨化度,且热处理后的石墨化度超过80%,但Lc值差异明显,炭纤维、MT和HT热解炭的La值均升高,其中HT热解炭升幅明显大于炭纤维和MT热解炭。HT热解炭的含量是导致这两种C/C复合材料具有相似石墨化度而Lc值却显著差异的原因。     

不同体积分数SiC_p/Al复合材料薄壁板的变形仿真

应用ABAQUS软件对SiC_p/Al复合材料薄壁板的变形进行仿真研究,得出了载荷施加位置、SiC颗粒体积分数对SiC_p/Al复合材料薄壁板变形及应力的影响规律。结果表明:随载荷施加位置沿约束方向从薄壁板的中间向端部移动,薄壁板的最大变形和最大应力增加趋势越来越明显;随着载荷施加位置距约束端距离的增加,薄壁板的最大变形和最大应力呈增加趋势。随着SiC颗粒体积分数从5%增加到40%,薄壁板的变形和应力均变化不大,当体积分数从40%增加到56%时,应力明显减小,载荷作用位置距离约束端越远,最大变形减小的趋势越大。     

石墨化度对2.5D碳/碳复合材料在低能条件下的摩擦学性能影响

在MM-200型摩擦磨损实验机上,对2.5D编织结构的不同石墨化度的碳/碳(C/C)复合材料进行低能条件下的摩擦磨损实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行了观察分析.结果表明:石墨化温度升高到一定值之后,可使摩擦系数下降,而试样的摩擦系数不稳定,相应磨损量也会增大.在摩擦初始时,摩擦系数呈现交错变化,随时间的推移,摩擦系数出现分化,石墨化度高的试样摩擦系数较低,当石墨化度增加50%时,磨损率增加0.05%,磨损量变化不是很大.石墨化程度以及石墨化的均匀程度都对材料的摩擦磨损性能有很大影响.     

2D-C/C复合材料及其石墨化制品烧蚀特性分析

以液化石油气为碳源,2D炭纤维织物为基体,通过1000℃~1100℃沉积热解炭,制备了沉积态2D-C/C复合材料。通过对沉积态2D-C/C复合材料在2800℃热处理10h制备了石墨态2D-C/C复合材料。采用小型发动机烧蚀实验对两种复合材料的烧蚀性能进行了测试和评价;通过比较两种复合材料的孔隙分布、基体和纤维的结合强度以及热导率,解释了它们不同的烧蚀特性和烧蚀机理。结果表明:沉积态2D-C/C复合材料由于孔隙分布少、基体和纤维结合强度大、面间热导小,烧蚀主要由热化学反应(氧化)控制,烧蚀表面平整,烧蚀率为0.033mm/s。石墨态2D-C/C复合材料由于孔隙分布多、基体和纤维结合强度小,烧蚀主要由氧化和机械剥蚀控制,烧蚀表面出现烧蚀坑,烧蚀率为0.046mm/s。     

C／C复合材料石墨化度与导电性能的关系

研究了五种具有二维及准二维结构的炭/炭复合材料在不同石墨化度下各自的电阻率的变化,分析了引起这些变化的原因。结果表明,在所研究的石墨化度范围内,随着石墨化度的升高,材料的电阻率都呈下降的趋势,且电阻率ρ随石墨化度g的变化符合线性关系ρ=a     

纤维体积分数对莫来石短纤维增强ZL107合金复合材料高温蠕变的影响

研究了莫莱石短纤维增强ＺＬ１０７复合材料中纤维体积分数的变化对其在３００℃时的高温蠕变性的能的影响。实验结果发现，随着纤维加入量从０到８％，２０％的增加，复合材料的高温抗蠕变性能随之提高。在本实验中，增强相的间接强化作用比直接强化作用更大。     

高温处理对炭/炭复合材料摩擦性能的影响

利用热梯度化学气相沉积工艺制备了炭/炭复合材料,研究了热处理温度对炭/炭复合材料石墨化度、硬度和摩擦性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料的石墨化度增加,石墨片层的间距d002逐渐减小,石墨微晶的厚度LC逐渐增大,炭/炭复合材料的硬度降低.随石墨化度的增加,有更多的石墨微品碎片参与摩擦而形成摩擦表面膜,这些石墨碎片会填充摩擦表面的犁沟,使凹凸不平的摩擦面变得平整光滑,从而使摩擦系数减小、刹车力矩降低,刹车时间延长.     

纤维含量和热处理对炭/炭复合材料性能的影响

研究了炭纤维体积分数和预制体热处理温度对炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明,随着预制体中炭纤维体积分数的增加炭/炭复合材料的硬度逐渐增加,但当炭纤维的体积分数大于30%时,炭/炭复合材料硬度增加的幅度减小.炭纤维体积分数的增加对炭/炭复合材料硬度的影响有两个相反的作用,纤维的增强作用将使硬度增大,而孔隙率的增加将导致硬度的减小.炭/炭复合材料的抗弯强度随着纤维体积分数的增加而增加,但因纤维体积分数的增加会导致孔隙减小.致使热解炭不能充分地渗透填充到纤维间的孔隙内,抗弯强度下降,所以随着纤维体积分数的增加,材料的弯曲强度会出现拐点.随着预制体热处理温度的不同,炭/炭复合材料有脆性断裂、整束纤维拔出的假塑性断裂和部分炭纤维拔出的假塑性断裂三种断裂机制.     

C/C复合材料石墨化度P1模型的表征及测定

C/C复合材料的石墨化度反映了材料中碳结构与理想石墨晶体结构的接近程度,并且是影响其性能的一个重要结构参数,石墨化度P1是一种能够比较准确地表示碳材料石墨程度结构的参数,本文利用P1的基本原理,编制了相应的计算程序,通过X光衍射（XRD）分析,计算了不同热处理温度C／C复合材料石墨化度P1,结果表明它可以较好的表征C／C复合材料的石墨化程度,并进一步讨论了热处理温度（HTT）与石墨化度的关系。     

机织物复合材料纤维体积含量计算机图像测定

利用CCD 摄像机和专用A/ D 板采集的碳纤维织物增强的复合材料层合板截面图像检测碳纤维机织物增强复合材料的纤维体积含量。按照测定纤维体积含量的原理, 设计了几何法和阀值法的测试步骤。用Photo-shop 软件对所采集的图像进行数据处理分析, 获得了层合板的纤维体积含量值。对比分析表明, 检测结果与所采用复合材料的纤维体积含量标准值相符合。可以认为利用界面图像测定纤维体积含量的方法是可行的。      

由炭布制备C／C复合材料工艺及性能的研究

为通过快速增密和低设备成本降低C／C复合材料的成本,采用中压浸渍、炭化多次循环的工艺制备了快速增密的C／C复合材料。该工艺以Z向增强的层叠炭布为增强体,不同软化点的中间相沥青和改性沥青为浸渍剂。考察了浸渍工艺,并研究了所得C／C复合材料的力学性能和断裂形貌。结果表明,中间相沥青及改性沥青等高残炭收率沥青是C／C复合材料极佳的浸渍剂,有利于快速增密。8次循环后（约2周时间）,复合材料的密度从0.84g/cm^3增至1.76g/cm^3。炭布层叠Z向增强的C／C复合材料有良好的力学性能,而且其性能随着密度的增加而提高。所得复合材料的密度达到1.76g/cm^3时,拉伸强度为87.03MPa,弯强为113.56MPa,压缩强度为199.49MPa。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。