石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

短纤维增强C/C-SiC复合材料的微观结构与力学性能EI北大核心CSCD

综合原料的热物理性能分析和配比设计,实现了C/C复合材料载体孔隙体积的精细控制,采用热压-熔渗两步法在低温条件下制备了具有高致密、低残余Si含量特征的短碳纤维增强C/C-SiC复合材料。系统解析了C/C-SiC复合材料成型过程中的结构演变行为,研究了短纤维增强C/C-SiC复合材料的力学性能和失效机制。结果表明:多孔C/C复合材料载体孔隙的孔径呈双极分布特征,添加芳纶纤维可提高网络孔隙结构的连通性,具有显著的孔隙结构调控作用。SiC基体以网络骨架形态分布于C/C-SiC复合材料内部,与纤维束形成了强界面结合钉扎结构,高含量纤维协同作用下使C/C-SiC复合材料具有优异的综合力学性能,添加芳纶纤维可明显增加复合材料内部裂纹扩展路径,提高C/C-SiC复合材料的断裂韧性。碳纤维的面内各向同性分布及陶瓷相层间均匀分布对C/C-SiC复合材料承载、摩擦稳定性提升均具有积极作用。     

3D混杂梯度结构碳/碳复合材料微观结构和性能研究

采用Z-PIN与粘胶基碳纤维毡、粘胶基碳纤维平纹织物、聚丙烯氰基碳纤维平纹织物制备了3D混杂梯度纤维预制体,多相碳素基体经丙烯等温化学气相渗透(ISO-CVI)和煤焦油沥青高压浸渍碳化(HPIC)复合工艺制备,分析研究了多相碳素基体的组织特征、Z向增强体对粘胶基碳纤维织物碳/碳复合材料(RCC)和聚丙烯氰基碳纤维织物碳/碳复合材料(ACC)层间性能的影响以及失效模式.碳基体的微观组织结构为各向同性层、光滑层和粗糙层多相复合体,粘胶基碳纤维表面和聚丙烯氰基碳纤维表面沉积碳的微观组织存在差异性.采用高密度Z-PIN增强体可提高层间性能40%～60%.失效模式为层间和纤维束内裂纹扩展,基体组织和纤维类型对层间性能的影响很小.     

微波CVI制备碳碳复合材料微观组织结构的研究EI北大核心

以甲烷为碳源气体,普通碳毡作为预制体,采用微波CVI方法制备了碳碳复合材料。考查了温度为1100℃时,气体浓度对碳碳复合材料微观结构的影响进行了研究,并用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等手段对热解碳组织结构进行观察和分析。结果表明,随着气体浓度的增加,热解碳的组织结构从中织构转变为高织构,最后又转变为中织构组织。同时,对沉积后的断口形貌与外观进行SEM分析,发现微波CVI下热解碳沉积形貌与其它CVI技术所得到的形貌明显不同,呈现一种漩涡状的圆包结构,提出了一种新的热解碳沉积模式:气相成核-液相融并-逐层生长模式。     

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展EI北大核心

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites,SiC CMC)在热管理领域(thermal management,TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC或C_(f)/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

高体积分数SiCp/Al复合材料的微观组织与导热性能

选用两种粒径的SiC颗粒,采用挤压铸造方法制备了体积分数为70％的SiCp／LD11（Al-12％Si）复合材料,研究了材料的微观组织和导热性能．研究表明：复合材料组织均匀、致密;SiC—Al界面干净,而基体中的Si相分别存在从铝中直接析出和依附SiC颗粒表面生长这两种分布形态;复合材料导热性能优异,其导热率大于基体LD11铝合金的导热率．     

影响碳/金属复合材料导热性能的主要因素探讨

碳/金属复合材料在充分发挥增强体高导热、低热膨胀等优异性能的同时,还结合了金属材料易成形性等特点,成为近年来新型热管理材料的研究热点之一。目前,高性能导热复合材料仍存在一些关键问题亟待解决,如:碳材料与金属基体之间的界面调控、材料在制备过程中易产生微观裂纹等缺陷以及增强体空间排布的优化设计等。本文介绍常用高导热碳/金属复合材料的制备方法,并对影响金属基复合材料导热性能的因素及相应的改进措施进行了深入探讨。     

热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料性能的影响EI北大核心

通过化学气相渗透和浸渍-固化成型工艺制备碳/碳-聚酰亚胺复合材料。首先采用化学气相渗透法对碳毡进行热解碳的沉积,制得热解碳含量分别在7.33%(质量分数,下同),14.55%,22.00%的多孔碳/碳坯体,再经过特定的浸渍-固化工艺,依次制得碳/碳-聚酰亚胺复合材料P1,P2,P3以及未添加热解碳的对照组P0。通过SEM、线膨胀系数测试和力学性能测试,探究不同热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料微观形貌结构、平均线膨胀系数以及力学性能的影响。结果表明:在20~300℃的温度区间,P0,P1,P2,P3的XY向平均线膨胀系数在(0.67~0.79)×10^(-6)℃^(-1)之间,四组XY向平均线膨胀系数基本相当。P1,P2,P3的Z向平均线膨胀系数较P0依次降低41.6%,41.8%,24.1%,热解碳显著降低了材料的Z向平均线膨胀系数。P0,P1,P2,P3的XY向压缩强度依次是243.91,244.73,216.65,210.79 MPa,Z向压缩强度依次是269.22,258.80,246.68,219.20 MPa,P1压缩强度与P0相当。P0,P1,P2,P3的Z向弯曲强度依次是92.77,77.11,80.71,86.06 MPa。不同的热解碳含量对材料的力学性能影响不同,较低的热解碳含量基本保持了材料的压缩强度,而较高的热解碳含量可基本保持材料的弯曲强度。     

高导热炭/陶复合材料的制备及其性能研究

以天然鳞片石墨粉为骨料炭、中间相沥青作粘结剂、以及Si,Ti为添加剂,利用热压工艺制备了系列炭/陶复合材料.考察了热压温度对材料物理性能和微观结构的影响.研究表明:随着热压温度的升高,最终材料的导热率和热扩散系数都单调增大;而抗弯和抗压强度则有所下降.当热压温度为2700℃时,在平行于石墨层方向材料的温热导热率、热扩散系数、抗弯和抗压强度分别为654W/m·K,413mm2/s,34.5,31.5MPa.当热压温度为2300℃时,材料微晶的定向排列程度就较高,晶格排列也较为规则.利用XRD,SEM,TEM等考察了材料的微观结构,探讨了材料导热性能与微观结构之间的相互关系.     

碳纳米管/导热硅脂复合材料的导热性能

为了提高导热硅脂的导热性能,本文研究了一种新型的碳纳米管/导热硅脂复合材料。研究结果表明,酯化处理后的碳纳米管有利于其在导热硅脂中的分散,并由此在导热硅脂中形成一个有效的导热网络,达到提高导热硅脂导热性能的目的。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

超支化聚合物修饰氮化硼微球/环氧树脂导热复合材料的制备及性能EI北大核心CSCD

选择粒径30μm和120μm的氮化硼微球(GBN)作为导热填料,通过超支化环氧树脂(HPEP)与GBN之间的π-π相互作用得到了超支化聚合物修饰的氮化硼微球(HPEP-GBN),通过共混制备了具有不同复配比例的环氧树脂复合材料(HPEP-GBN/EP)。调整小粒径填料的质量分数(Xs)研究了不同氮化硼微球的复配比例对复合材料流变行为和导热性能的影响,进一步分析了填料的形状和超支化聚合物的表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明,当Xs=0.4时,HPEP-GBN/EP复合材料的黏度最低,具有比GBN/EP复合材料更优异的加工性能和导热性能。体系的填料质量分数可以达到80%,此时导热系数达到了5.28W/(m·K),是纯环氧树脂的31.06倍。此外,HPEP-GBN/EP复合材料还具有比GBN/EP更优异的力学性能和热稳定性、更低的介电损耗和热膨胀系数。     

量子点/碳复合材料在碱金属离子电池的应用进展EI北大核心

碱金属离子电池作为可充电电池,是目前重要的储能设备之一。它凭借能量密度大、工作电压高、无“记忆效应”、自放电小、绿色无污染等优点在近些年来受到人们的广泛关注。电极材料是影响碱金属离子电池电化学性能的重要因素之一,因此,寻求比容量高、结构稳定的电极材料是推动碱金属离子电池发展的关键。量子点/碳复合材料(QDs/C)集合量子点与碳材料的优势,是碱金属离子电池优异的候选电极材料。本文首先对量子点进行简要介绍,然后分别综述单质量子点/碳复合材料、化合物量子点/碳复合材料及异质结构量子点/碳复合材料在碱金属离子电池中的应用进展。最后,分析量子点/碳复合材料作为碱金属离子电池电极材料的优势与不足,针对目前存在的问题提出了未来发展的方向:(1)探索新型方法,解决量子点及其复合材料的团聚问题;(2)研究SEI膜的结构性能等,解决首次库仑效率偏低的问题;(3)明确反应机理,获取更优异的电化学性能。     

CNTs/Mg-9Al复合材料微观组织、力学及导热性能EI北大核心

研究了CNTs的加入对Mg-9Al镁基复合材料时效行为的影响,探讨了时效处理过程中微观组织、力学性能及导热性能的演变规律。结果表明:添加的CNTs增大了基体合金中铝元素的固溶度,并在时效过程中限制晶界的迁移,在二者共同作用下,促进基体中连续β-Mg_(17)Al_(12)相的析出,且随着CNTs含量的增加,连续析出的比例增大;与基体呈共格关系的杆状连续析出相能够有效地阻碍位错运动,提高复合材料的力学性能,其中峰时效态0.4CNTs/Mg-9Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、热扩散系数和热导率分别为275 MPa,369 MPa,34.5 mm^(2)/s和68.4 W/(m·K),相较于时效前Mg-9Al合金分别提升了17%,23%,43%和45%。     

碳/碳复合材料ICVI工艺的研究进展

综述了碳/碳复合材料等温CVI制备工艺的最新研究进展,重点介绍了致密化过程和热解碳的形成机理,并展望了今后的发展趋势.     

石墨化处理对双层热解炭基2DC/C复合材料微观结构的影响

综合采用偏光显微镜(PLM),X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等分析方法,逐层研究了2500℃高温石墨化(HTT)处理前后双层热解炭基2D C/C复合材料的不同织构以及纤维-基体界面的变化.结果表明:HTT处理后,d002值减小,石墨化度显著提高;内层低织构热解炭的断口微观形貌与晶格条纹几乎没有变化,而外层高织构热解炭晶格条纹更加平直,尤其是发现层间裂纹密度明显增大,使得处理后的高织构热解炭在受力时,裂纹易于在层间扩展和偏转,因此可有效提高材料的韧性;同时,纤维-基体界面发生弱化也是提高材料韧性的另一机制.HTT处理前后试样的三点弯曲力学性能试验结果证实了以上机制.     

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。     

复合材料界面微观力学表征方法及界面细观力学模型研究进展EI北大核心CSCD

复合材料界面的应力传递对材料的性能有着重要的影响,对于界面相的组成、结构、使用温度及强度的研究极为重要。文中对单丝复合材料界面微观测试方法进行了归纳总结,重点介绍了微观测试方法在高温下、动态载荷加载过程中、串珠纤维表征、原位检测可视化等界面表征方面的研究现状,并介绍了细观力学模型在界面失效、界面增强机理等方面的研究进展。最后分析了目前研究中界面理论的缺失,并就未来的研究方向进行了合理性建议。     

后热处理对C_f/ZrC复合材料微观结构及性能的影响

以C/C复合材料为基材、Zr_2Cu合金为渗剂,采用低温反应熔渗工艺制备得到碳纤维增强碳化锆陶瓷基复合材料(Cf/ZrC),重点研究后热处理对Cf/ZrC复合材料微观结构及性能的影响。结果表明:经1400~2200℃热处理后,材料密度下降,开孔率增大;材料在后热处理过程中会发生残余富铜熔体的流失、ZrC基体体积分数的增加以及ZrC基体结构的破坏;后热处理造成材料力学性能下降,热处理温度达到2200℃时,材料的弯曲强度保留率仅为52.3%。     

碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中性能研究北大核心CSCD

为了研究碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中的性能,采用化学气相渗透的方法制备碳/碳-碳化硅复合材料试件,将试件置于再入模拟环境中进行飞行试验,测量试验台热等离子体射流场的工作参数,并分析碳/碳-碳化硅复合材料的性能。结果表明,在等离子体发生器的出口处,射流场的热动力学参数呈抛物线分布;复合材料在不同区域的烧蚀形貌有很大的差异,烧蚀率和烧蚀机理不同:驻点区以气化反应消耗为主,其线烧蚀率为0.0373 mm/s,质量烧蚀率为0.0363 g/s,其他区域为氧化反应和裂解共同作用的结果,其烧蚀率逐渐降低。