微波热解CVI法制备C/C复合材料

在传统CVI工艺的基础上,提出了一种新的炭/炭复合材料沉积致密化技术-微波热解CVI工艺.该工艺采用微波炉加热炭毡预制体,预制体自身发热,并通过控制微波场强分布和热传导过程产生温度梯度,加上微波对极性分子的极化作用和对热解反应和表面沉积反应的催化作用,使预制体从中心至表面逐层快速致密.通过考察炭毡预制体经微波加热后的温度场分布和沉积样品的体积密度变化和径向密度分布,观察材料的微观结构,分析了预制体的致密化过程.结果表明:微波热解CVI工艺在1075℃～1150℃的沉积温度下,以甲烷为碳源前驱体,经90 h的热解沉积,成功制备出体积密度为1.70 g/nc3的炭/炭复合材料,平均致密化速率达到0.0189g/(cm3·h);避免了表面结壳现象,热解炭沿着纤维表面层状生长;采用该工艺制备了结构均匀、主要为中等织构的热解炭.     

气体滞留时间对微波热解CVI工艺制备C/C复合材料性能的影响

以炭毡为预制体, N₂为稀释气体, 甲烷为炭源前驱体, 其分压为10kPa, 沉积温度为1100℃的工艺条件下,研究了不同的气体滞留时间(0.05、0.1、0.15、0.2s)对微波热解CVI工艺制备炭/炭复合材料的致密化速率、样品的体积密度及其密度均匀性的影响, 并对其组织结构进行了观察. 分析了气体的滞留时间对微波热解CVI工艺制备炭/炭复合材料的影响规律及组织结构的变化. 结果表明: 采用微波热解CVI工艺在1100℃90h内制备出体积密度为1.70g·cm^-3的炭/炭复合材料, 在滞留时间为0.15s时预制体呈现从内到外逐步致密的规律. 同时, 随着滞留时间的延长, 热解炭的组织结构从低织构到中等织构变化.     

载气对炭/炭复合材料沉积速率、体密度和微观结构的影响（英文）

分别采用H2和CO2作为载气,CH4为前躯体,通过等温化学气相渗积制备炭/炭复合材料,通过偏光显微镜、拉曼光谱、X射线衍射和透射电镜对材料微观结构表征以及渗积过程密度变化,研究载气对沉积速率、体密度和微观结构的影响规律。结果表明:在渗积前50 h,CH4-H2体系的沉积速率明显大于CH4-CO2体系,但在其余渗积时间里,CH4-H2体系的沉积速率小于CH4-CO2体系。当载气从H2变成CO2时,复合材料的体密度从1.626 g/cm3增加到1.723 g/cm3,最大径向密度梯度从0.074 g/cm3减小到0.056 g/cm3。同时,基体炭从纯的粗糙体炭转变为杂化粗糙体炭含有过度生长锥,且平均石墨化度从62.7%下降到50.8%。这些显著的变化是由于CO2的氧化作用降低了表面沉积速率,却没有降低孔内沉积速率,同时大量的缺陷形成于层状石墨烯结构中导致形成过度生长锥,降低了热解炭织构。     

脉冲FCVI制备炭/炭复合材料的微观结构及力学性能

采用脉冲强制流动热梯度化学气相渗透（IFCVI）法制备了毡基炭／炭复合材料。借助偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解炭的微观组织结构及断口形貌特征；用弯曲实验测定了材料的力学性能。结果表明：采用脉冲FCVI，经1000℃～1250℃，100h致密化，2300℃热处理后，炭／炭复合材料的密度可达1．7g／cm^3，弯曲强度为125．4MPa，挠度为0．61mm。该工艺致密化速率快，所制备材料的密度分布均匀、力学性能好。研究表明，温度是影响材料组织结构的主要因素，高温条件下有利于粗糙层热解炭组织的生成，而低温有利于光滑层热解炭组织的生成，一般因沉积环境复杂多变，常得到混合型组织。     

多元耦合场 CVI法炭/炭复合材料制备及结构分析

为了降低成本,以液化石油气作碳源气体,炭毡作增强体,利用多元耦合场CVI方法快速制备了炭/炭复合材料．研究表明,炭纤维预制体在650℃较低温度条件下沉积15h,密度达到了1．71g·cm~(-3)；采用偏光显微镜研究了热解炭的显微结构．结果表明,在同一试样中存在粗糙层、光滑层和带状结构的热解炭,并且材料密度均匀性较好．同时分析了致密化的工艺过程并讨论了热解炭沉积机理．     

前驱体对C/C复合材料的致密化和性能的影响

研究了分别以甲烷和丙烯为前驱体对制备C/C复合材料的新型ICVI工艺致密化速率及组织结构和力学性能的影响.考察了密度与致密化时间之间的变化规律和密度分布,采用偏光显微镜和扫描电镜观察材料的组织结构和试样的断口形貌,利用三点弯曲实验测定材料的弯曲强度.实验结果表明:在致密化时间100h前,以甲烷为前驱体,C/C复合材料的致密化速率比丙烯为前驱体时低,100h后致密化速率发生逆转;以甲烷为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度小,组织结构为粗糙层,弯曲强度为250.87MPa,模量为29.29GPa;而以丙烯为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度大,组织结构为光滑层,弯曲强度为102.75MPa,模量为11.42GPa.因此,相对而言甲烷作为制备C/C复合材料的前驱体优于丙烯.     

粒状增强体种类对沥青基炭复合材料性能的影响

采用普通液压机及新型的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本、应用广的三种焦炭(冶金焦、沥青焦Ⅰ和沥青焦Ⅱ)颗粒增强的沥青基炭复合材料(简称PCCs).通过对PCCs材料先后进行快速焙烧处理,沥青浸渍-炭化致密化处理和高温石墨化(2373K)处理,制得了PCC材料的焙烧样品、致密化样品和石墨化样品.通过力学性能试验,SEM和XRD等方法,研究了增强体焦炭颗粒的种类对沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响.结果表明:PCCs材料抗压强度的高低,除了与其体积密度相关外,还与其所采用的增强体焦炭颗粒的耐压强度、微观结构和表面状态有密切的关系.焦炭颗粒的耐压强度愈高、表面越粗糙、开孔孔隙越多,其对沥青基炭复合材料的增强作用也就越显著.无论PCCs材料是焙烧样品、致密化样品、还是石墨化样品,用磨碎冶金焦制备的PCCs材料的三种样品的抗压强度最大,用沥青焦Ⅱ制备的PCCs材料的次之,用沥青焦Ⅰ制备的CRPCC材料的最小.粒状增强体的种类对CRPCC材料的力学性能不仅具有非常重要的影响,而且其强度也具有一定的遗传性.     

影响炭/炭复合材料摩擦学性能的因素分析:材料的性质

影响炭/炭复合材料摩擦性能的因素很多,综述了国内外的研究现状,评价了材料的性质对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响,阐述了模量、石墨化度、密度、预制体的类型、基体类型、热解炭结构等因素.     

工艺参数对炭/炭人工骨骼RPM-CVI复合成形效果的影响

作为骨替代材料,炭/炭复合材料具有其它材料无法比拟的优异性能,但采用传统的制备工艺很难得到形状复杂的人工骨骼.为了解决这一瓶颈问题,本研究提出一种新的复合材料制备技术--RPM-CVI复合成形技术.该技术将快速原型制造技术与化学气相渗透技术有机地结合起来,可以在较短的周期内制备出形状复杂的炭/炭复合材料人工骨骼.理论分析和实验研究的结果表明,预制体的孔隙结构、纤维的体积分数、树脂在模具内的流动方向、反应温度、反应气的浓度等参数对RPM-CVI工艺的成形及致密化效果有着重要影响.合理地选择工艺参数,可以提高成形效果,缩短致密化周期.     

乙醇热解制备炭/炭复合材料工艺探索及组织特征

以密度0.47g/cm³的碳毡为预制体,乙醇为前驱体,氮气为载气,在1125℃,压力为20kPa的条件下,用等温压力梯度化学气相渗透法,经114h致密化,制备出密度为1.67g/cm³的炭/炭复合材料.经测试,材料的弯曲强度为137MPa.偏光显微分析显示：该材料各区域沉积的基体热解碳组织结构均为高织构,其消光角为19.5°～20.5°,石墨化处理后测得热解碳的d₀₀₂为0.3362nm.断口扫描电子显微分析结果也进一步证实获得的热解碳组织为高织构.表明乙醇是一种极具潜力的制备炭/炭复合材料的前驱体.     

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

C/C材料市场调查分析报告

Ｃ／Ｃ材料具有优良的物理性能,可以代替钢和其它一些材料在尖端领域应用,如飞机和赛车的刹车片、火箭喷管和再入热防护等。Ｃ／Ｃ材料最主要的应用是飞机刹车片,约占总产量的６０％～７０％。飞机刹车市场每年近８亿美元,目前Ｃ／Ｃ占２５％,到２０００年将达到５０％。当Ｃ／Ｃ材料价格大幅度降低时,在很多需要高比强度、高热导、高电导的地方都可以使用。     

C/C/Cu及C/Cu复合材料摩擦磨损行为比较

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有优异耐磨性能的碳纤维整体织物/炭/铜(C/C/Cu)复合材料,在UMT23多功能摩擦磨损测试仪上考察复合材料的摩擦磨损行为,并与粉末冶金方法制备的滑板用炭/铜(C/Cu)复合材料进行了对比分析。结果表明：C/C/Cu复合材料形成了连通状的网络结构,其导电性能及力学性能明显优于传统C/Cu复合材料;2种复合材料摩擦系数相近;2种复合材料及其对偶的磨损率随载荷增大而增大;与C/Cu相比,C/C/Cu的耐磨性较优,且对对偶损伤较小,在70N载荷下更为明显。连通状的网络结构及磨损表面形成的磨屑保护层是C/C/Cu复合材料具有良好摩擦磨损特性的主要原因。     

C／C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术,通过改变基体偏压,在单晶Si片和0Cr19Ni9基体表面制备了C/C多层类金刚石薄膜。为了考察多层膜的热稳定性,对薄膜进行了300℃及400℃退火处理,采用X射线光电子能谱、硬度实验及摩擦磨损性能测试分析了退火对薄膜结构及性能的影响。结果表明在400℃范围内多层膜具有较高的热稳定性。     

C/Co/C纳米颗粒膜的制备及特性

应用对靶磁控溅射法在玻璃基底上制备了类三明治结构C/Co/C纳米颗粒膜,并进行了原位退火.发现磁性层厚度对C/Co/C颗粒膜的微结构和磁特性有明显影响.在400℃退火的样品具有很好的六角密堆积结构,磁矩很好的排列在膜面内.随着磁性层Co层厚度的增加,矫顽力Hc先增大然后减小,粒径和磁畴簇略微增大,样品的表面粗糙度Ra也减小到了0.5 nm左右.     

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

Fabrication of Al/MgO/C and C/MgO/InSe/C tunneling barriers for tunable negative resistance and negative capacitance applications

In this work, the design and characterization of magnesium oxide based tunneling diodes which are produced on Al and InSe films as rectifying substrates are investigated. It was found that when Al thin films are used, the device exhibit tunneling diode behavior of sharp valley at 0.15 V and peak to valley current ratio (PVCR) of 11.4. In addition, the capacitance spectra of the Al/MgO/C device show a resonance peak of negative capacitance (NC) values at 44.7 MHz. The capacitance and resistance–voltage characteristics handled at an ac signal frequency of 100 MHz reflected a build in voltage (V_bi) of 1.29 V and a negative resistance (NR) effect above 2.05 V. This device quality factor (Q)–voltage response is ~10⁴. When the Al substrate is replaced by InSe thin film, the tunneling diode valley appeared at 1.1 V. In addition, the PVCR, NR range, NC resonance peak, Q and V_bi are found to be 135, 0.94–2.24 and 39.0 MHz, ~10⁵ and 1.34 V, respectively. Due to the wide differential negative resistance and capacitance voltage ranges and due to the response of the C/MgO/InSe/C device at 1.0 GHz, these devices appear to be suitable for applications as frequency mixers, amplifiers, and monostable–bistable circuit elements (MOBILE).     

C/C复合材料的无损检测研究

C/C复合材料综合了碳材料优良的高温性能和复合材料优异的力学性能,它既可以作为功能材料,又可以作为高温结构材料使用,是目前唯一可用于2800℃高温的复合材料.无损检测是材料质量与安全保证的可靠手段,作为新型的结构材料,C/C复合材料的无损检测研究具有十分重要的意义.介绍了近年来有关C/C复合材料的无损检测研究的进展情况,并评价了可供C/C复合材料使用的无损检测技术.     

C/C复合材料的抗热应力因素

根据在室温与2500度之间测量的石墨化与未石墨化C／C复合材料的强度,弹性模量,热导率和热膨胀系数,计算出两种材料抗热应力因素随温度的变化,结果,表明,石墨化材料抗热应力能力总量好于未石墨化材料;未石墨化C／C材料在1300度左右抗热应力因素出现最低点,预示这种复合材料在这个温度附近由于热应力损毁的可能性最大。     

自发梯度炭／炭复合材料弯曲性能研究

对包埋－粉末涂刷高温烧结工艺制备的自发梯度二维炭/炭（2D C／C）生物活性玻璃涂层复合材料进行了弯曲力学性能测试和断口形貌观察,结果表明：生物玻璃涂层的2D C／C试样的断口形貌显示,涂层与C／C结合紧密;部分纤维插入生物玻璃内;同时,生物玻璃涂层内的裂纹能沿纤维与其界面扩展,表明位于涂层内的纤维与涂层的结合为弱结合;统计分析表明,涂层处理后的试样弯曲模量、抗弯强度都有所提高,而挠度无显著差异。