磁场处理基体中间相后单向C/C复合材料的力学性能研究

本工作利用0．8T强磁场处理单向C／C复合材料的沥青中间根基体后发现其界面层呈TOG弱界面结构（碳层片垂直于纤维）,且磁场处理基体中间相后,单向C／C复合材料的弯曲强度稍有下降,但其韧性却有较大幅度地提高,并进一步研究了此种界面结构对单向C／C复合材料力学性能的影响．     

C/C复合材料高温弯曲力学性能研究

研究了C／C复合材料层合板在室温及1400℃高温下的弯曲性能。结果表明，在室温下随着跨厚比的增加，C／C复合材料层合板的弯曲强度亦增加，而剪应力却逐步下降；但当跨厚比≥8时，C／C复合材料层合板的弯曲强度不再增加，剪应力下降逐渐减缓并保持一恒定值；从室温到1400℃高温范围内，温度对C／C复合材料层合板的临界跨厚比的影响甚小。     

热处理对含CSiCTaCC界面C/C复合材料力学性能的影响

以准三维针刺炭纤维毡为预制体, 采用化学气相渗透工艺在预制体中炭纤维/基体炭之间制备C-SiC-TaC-C复合界面, 利用树脂浸渍-炭化工艺对材料进一步增密, 获得含C-SiC-TaC-C界面的C/C复合材料。研究了1400～2500℃不同温度热处理前后复合材料的微观结构和力学性能。结果表明: 热处理前, SiC-TaC界面为管状结构, 复合材料的抗弯强度为241.6 MPa, 以脆性断裂为主; 经1400～1800℃热处理后, TaC界面破坏呈颗粒状, 复合材料的平均抗弯强度下降到238.9～226.1 MPa, 其断裂方式不变, 但断裂位移由0.7 mm增至1.0 mm; 经2000～2500℃热处理后, SiC、 TaC界面均受到破坏, 复合材料平均抗弯强度急剧下降至158.7～131.8 MPa, 断裂方式由脆性断裂转变为假塑性断裂。      

炭纤维热处理对C/C复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对未处理和2 500℃热处理的炭纤维预制体进行致密化,对致密化后的C/C复合材料进行弯曲力学性能测试,借助偏光显微镜和扫描电子显微镜观察热解炭的组织、纤维的表面和弯曲试样断口的形貌.结果显示:高温热处理后,纤维表面变的更加光滑,表面出现很多沿纤维轴向的沟槽;致密化后的两种C/C复合材料的基体消光角约为21°,均为高织构热解炭;与未处理纤维增强C/C复合材料相比,经高温热处理后纤维增强的C/C复合材料的弯曲强度和模量均大幅下降,断裂特征由脆性转变为典型的假塑性,断口处有大量纤维拔出,纤维表面未粘附热解炭,表明对纤维进行高温热处理显著降低了纤维和热解炭基体的界面结合强度,导致材料强度降低,断裂呈假塑性.     

致密工艺对炭布增中2D—C／C复合材料力学性能的影响

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭／炭（2D－C／C）复合材料力学性能的影响,尤其是对层间剪切强度（ILSS）的影响。结果表明：液相浸渍法增密周期短且致密效果好,但材料强度不高;而化学气相沉积（CVD）致密周期长,但材料层剪强度高;采用两种工艺联合致密,材料界面结合强度适中,且层剪强度高。     

多向细编碳／碳复合材料界面力学性能测试与表征

本文用自制装置研究了多向细编Ｃ／Ｃ复合材料纤维束性能，分析了工艺过程的影响。同时用界面微脱粘实验技术研究了Ｃ／Ｃ复合材料界面性能，给出了相应的理论模型和界面应力分布，提出了由界面脱粘力，纤维、基体和复合材料性能表征界面剪切强度的方法，为Ｃ／Ｃ复合材料优化设计提供了定量参数。结果表明：织物结构、织物编织工艺以及织物／基体复合对纤维的强度影响很大，降为原始纤维的２０％左右，对模量影响小。不同界面层次，纤维／基体的界面结合情况和界面剪切强度不同，Ｚ向纤维束中纤维／基体结合好，具有最高的结合强度，ＳＥＭ观察证实有大量基体碳在纤维上枝联。     

界面层对碳／环氧复俣材料力学性能的影响

本工作研究了碳纤维表面经冷等离子体连续处理以及等离子体聚合形成的增韧层与防水层对碳／环氧复合材料界面性质及力学性能的影响，在宏观状态及在扫描电镜小尺度进行了层间剪切和断裂的对比试验，结果表明，经等离子体处理和具有等离子体聚合形成的聚合层三种试件，其层间剪切强度和断裂韧度比碳纤维未经处理的碳／环氧试件，平均分别提高了30％和40％，以经等离子体聚合形成增韧层BS－1试件的增强效果最好，其层剪强度由71MPa提高到103MPa，增加了45％，断裂韧工由985MPa√m提高到1548MPa√m，增大了57％，同时在SEM动态测量破坏过程中，分析了四种微观界面状态与力学性能的关系及其增强机理。     

C/C复合材料的研究进展

C／C复合材料作为高温高强的新材料，在航天航空等高科技领域具有重要的地位，详细介绍了C／C复合材料的制备工艺及近年来的发展趋势，评价了各工艺的优缺点，并分析了今后要解决的问题，最后主要论述了材料的力学和抗氧化性能以及其潜在的应用。     

梯度分布TaC界面改性C/C复合材料的微观结构与力学性能

利用化学气相渗透法在三维细编穿刺炭毡中的炭纤维表面沉积TaC陶瓷界面,通过控制气体在预制体中的流动方向,获得梯度分布TaC界面改性C/C复合材料。研究了材料的微观结构、弯曲性能以及断裂韧性,结果表明:TaC呈层状分布在炭纤维表面,从C/C复合材料表层到内部,TaC陶瓷相的含量呈梯度分布;梯度分布TaC界面改性C/C复合材料的平均弯曲强度为272.6MPa,平均断裂韧性为5.0MPa·m1/2;整体上,沿材料厚度(Z轴)方向,随TaC含量的降低,纤维的拔出长度明显变短;在表层富TaC区,TaC含量对材料断裂行为有较大影响,其表现为:在TaC含量较多的外层,材料断裂为脆性断裂,而在TaC含量较少的内层,材料断裂为假塑性断裂。     

单向C/C复合材料基体中间相在磁场中的取向

本工作利用扫描电镜、X射线衍射仪及正交偏光显微镜研究了沥青中间相以及单向C／C复合材料基体中间相在800mT磁场中处理后的取向,证实了沥青中间相的层片平行于磁场方向;在本工艺条件下,制造的单向C／C复合材料基体中间相层片垂直于碳纤维.     

中间相沥青族组成制备C/C复合材料及性能研究

用甲苯和喹啉试剂对中间相沥青进行分割提取,分割成甲苯不溶物(TI)、喹啉可溶物(QS)及甲苯不溶喹啉可溶物(TI-QS)等部分。以中间相沥青(MP)及不同族组成为基体前驱体,T800碳布为增强体,通过热模压成型,经过炭化、石墨化制备出二维碳/碳(C/C)复合材料。用偏光显微镜和扫描电镜对样品的形貌和微观结构进行了表征,测试了样品的电阻率和抗弯强度。结果表明:以TI-QS为基体制备的C/C复合材料性能最佳,密度达到1.42g·cm-3,抗弯强度为99.09MPa,电阻率为1.01×10-5Ω·m。     

2D C/C复合材料微观结构与力学性能的研究

采用等温化学气相渗透方法,通过调整沉积工艺,制备了具有不同微观组织结构的2D C/C复合材料.利用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)结合选区电子衍射(SAED),研究了热解炭基体微观组织结构,借助万能试验机测试了材料的三点弯曲性能.结果表明:层状高织构(HT)热解炭基体占优时C/C复合材料表现为假塑性断裂;扁平片状中织构(MT)热解炭与颗粒状各向同性层热解炭(ISO)有利于提高材料的弯曲强度;HT基体与炭纤维界面结合良好,界面处不存在非HT织构,但取向角(OA)略有增大.     

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.     

空气氧化处理的中间相沥青基炭/炭复合材料的组织和弯曲性能

通过引入225℃空气氧化处理,在较短周期内采用常压浸渍炭化工艺制备了中间相沥青基炭/炭复合材料.采用偏光显微镜、万能力学试验机及扫描电镜等检测手段研究了炭/炭复合材料微观组织和弯曲力学性能.研究结果表明,225℃空气氧化处理后,炭化收率显著提高,经过四次常压浸渍-炭化循环后炭/炭复合材料密度达到了1.73g/cm3,弯曲强度为152.39MPa,比未经过空气氧化处理的试样提高了62.87%.空气氧化处理制备的试样呈现典型的假塑性断裂特征,而未经空气氧化处理制备的试样主要从层间断裂,其弯曲强度较低.通过偏光显微分析,未经空气氧化处理的炭/炭复合材料组织大部分为小域组织,只有少量的镶嵌型组织和广域组织,而经过225℃空气氧化处理后的试样,以广域型组织为主,并在其间夹着流线型组织和小域组织.     

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.     

裂解升温速率对聚碳硅烷先驱体转化制备Cf/SiC材料弯曲性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)／二乙烯基苯(DVB)为先驱体制备了3D-B Cf／SiC复合材料，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，材料致密度增加，界面结合变弱，从而陶瓷基复合材料的力学性能明显提高。以15℃／min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的室温弯曲强度达到556．7MPa，1300℃真空下测试，材料的弯曲强度达到680．3MPa。     

添加剂对快速LARGE CVD抗氧化LARGE C/C复合材料力学性能影响

采用正交设计试验法探索了添加剂对快速ＣＶＤ抗氧化Ｃ／Ｃ复合材料力学性能的影响，确定了优化配方。实验结果表明：采用优化配方制备的Ｃ／Ｃ复合材料氧化起始点为６５７℃，弯曲强度高达２５４ＭＰａ，弯曲模量４９ＭＰａ。分析了添加剂对这种材料力学性能的影响规律。     

中间相沥青基碳/碳复合材料的组织与性能

以3K PAN基碳纤维为增强体,以中间相沥青为基体前驱体,采用压力浸渍-碳化工艺制备出2D中间相沥青基碳/碳复合材料.研究分析了材料的偏光组织结构、弯曲性能及弯曲断口形貌,结果表明:基体碳的组织结构随碳化压力的不同而变化,低压时以小域组织为主,高压时以广域流线型组织为主;材料的抗弯强度、密度随碳化压力的增加而增高,最高抗弯强度可达278MPa;断裂特征与材料的密度、界面结合状况有关,密度较高、界面结合适中时,弯曲断口以纤维断裂、纤维拔出为主,材料具有韧性断裂特征.