炭/炭复合材料高温抗氧化MoSi2/SiC复合涂层及其抗氧化特性

采用两段式包埋法和封闭处理的复合新工艺制得抗氧化性优良的MoSi₂/SiC复合梯度C/C复合材料高温抗氧化涂层。涂层由内至外结构为:SiC过渡层→SiC致密层→MoSi₂/SiC双相层→以MoSi₂为主的外层。对未封闭处理的涂层,制备过程中高温保温时间长的氧化失重少,1200℃、1300℃空气中氧化失重比1400℃、1500℃氧化失重大。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的SiO₂可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃空气中氧化一定时间后,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重;封闭处理后的试样为氧化增重,氧化52h仍然只有1.28%的增重,封闭处理使涂层的抗氧化性能明显改善。      

炭/炭复合材料硼硅酸盐玻璃涂层制备及性能研究

系统研究了SiO2与B2O3之比、高熔点添加剂种类(包括MoSi2,Y2O3,SiC)及含量对硼硅酸盐(SAB)玻璃涂层高温稳定性、高温流动性的影响规律和最佳工艺参数组合,采用涂刷法在带有疏松结构的SiC内涂层炭/炭(C/C)复合材料表面制备了高温稳定性和流动性良好的硼硅酸盐玻璃外涂层,并测试了带有不同SiC/硼硅酸盐玻璃复合涂层C/C复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能.结果表明:采用SiO2,B2O3摩尔比为4∶1时所得硼硅酸盐玻璃具有相对较高的高温流动性和高温稳定性;与添加Y2O3,SiC相比,在上述硼硅酸盐玻璃中添加MoSi2可以较大幅度提高所得玻璃涂层对C/C基体的氧化保护性能,并且当硼硅酸盐玻璃外涂层中硼硅酸盐与MoSi2的质量比为4∶1时,所得硼硅酸盐玻璃外涂层对SiC-C/C表现出较好的氧化保护能力,氧化17h后涂层C/C试样的失重仅为4.31%.     

炭/炭复合材料表面C/SiC/Si-Mo-Cr多层复合防氧化涂层研究(英文)

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,采用料浆涂刷法首先在C/C复合材料表面制备了预炭层,然后以Si粉及石墨粉(Si粉与石墨粉的质量配比为:60～80:10～25)为原材料采用包埋法经高温热处理获得C/SiC内涂层,最后在涂有C/SiC内涂层的C/C复合材料表面采用包埋法制备Si-Mo-Cr外涂层。借助扫描电镜、X射线衍射、电子能谱等分析测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析,研究了涂层C/C复合材料在1 873 K和1 973 K下的氧化行为。结果表明:由于涂层氧化过程中表面生成了SiO2和Cr2O3复合玻璃层,其在1 873 K温度下表现出优异的防氧化性能,可以有效保护C/C复合材料达135 h。当氧化温度提高至1 973 K并氧化30 h后,该复合涂层氧化过程玻璃层完整性被破坏,涂层失效。     

多涂层炭/炭复合材料抗1500℃燃气冲刷性能的研究

为提高炭/炭(C/C)复合材料的抗高温燃气冲刷性能,分别采用包埋法、化学气相沉积法和料浆法在其表面制备了三层涂层.借助扫描电镜、电子能谱等测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析,同时研究了涂层C/C复合材料在高温风洞环境中的抗冲刷性能,并分析了涂层在燃气冲刷环境下的失效原因.结果表明:三层涂层由MoSi2-SiC-Si多相内涂层、SiC中间层和玻璃外涂层构成,其厚度分别为80μm, 20μm和80μm.该复合涂层可在1500℃风洞环境下对C/C复合材料有效保护53h.涂层在高温风洞中防氧化失效是由于涂层在热冲击以及承受气流冲击的恶劣环境下开裂引起的.     

炭/炭复合材料用SiC-Glass涂层的高温氧化机理

采用包埋法和预涂-烧结法相结合的组合工艺在炭/炭(C/C)复合材料表面制得SiC-Glass复合涂层, 并借助X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对该复合涂层进行了表征, 研究了涂层C/C试样在不同温度下的氧化动力学规律。结果表明: 复合涂层具有双层结构, 包埋SiC内层由β-SiC相和少量游离硅相组成, 外层由MoSi₂颗粒掺杂的硼硅酸盐玻璃构成; 内外层之间结合紧密; 在1300~1600℃的空气气氛中, SiC-Glass涂层表现出良好的抗氧化性能, 其氧化激活能为118.1kJ/mol, 氧化主要受控于氧在Glass层中的体扩散速率; 在1600℃空气气氛中氧化65h后, SiC-Glass涂层C/C试样的氧化失重率仅为1.02%。      

炭/炭复合材料SiC/SiC+mullite/mullite涂层制备及其高温性能

为提高炭/炭复合材料的防氧化性能,采用包埋法与超音速等离子喷涂法相结合,在其表面制备了SiC/SiC+mullite/mullite多层防氧化涂层.外涂层主要组成是莫来石(mullite)相.对涂层试样进行了1 500℃恒温氧化和1 500℃～室温热震测试.实验结果表明,涂层试样经1 500℃恒温氧化150 h后,失重率仅为0.26%;经1 500℃～室温15次热震后,失重率仅为0.25%,显示出较优异的防氧化、抗热震性能.莫来石(mullite)具有良好的耐高温性能、低的氧扩散率,且SiC涂层氧化生成的SiO2在高温下能够愈合裂纹等缺陷,这是SiC/SiC+mullite/mullite涂层较好防氧化能力的主要原因.     

熔渗法制备SiC/MoSi_2涂层的研究

采用熔渗法在炭/炭复合材料表面制备SiC/MoSi2双相涂层,研究涂层的微观结构和抗氧化性能。研究表明,采用熔渗法可以在炭/炭复合材料表面生成由SiC逐渐过渡到MoSi2的双相复合涂层,这种涂层在1300℃比1100℃拥有更优良的抗氧化性能,1300℃氧化15h试样质量增重2.9%,表明这种双相涂层具有良好的抗氧化保护性能。     

SiC/Mo-Si复合涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用化学气相沉积法(CVD)和刷涂法在C/SiC复合材料表面制备抗氧化涂层。该涂层由致密的CVDSiC层和多孔的Mo-Si层交替组成,其结构从里到外为:CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层。涂层试样于1400℃的氧化实验和1400℃100℃的热震实验结果表明:在氧化和热震过程中,涂层均保持完整,没有出现脱落和掉块等失效现象。经1400℃、150h氧化后,涂层试样的失重率仅为0.25%,失重速率为6.61×10-6g.cm-.2h-1。在热震过程中,涂层试样基本保持氧化增重。经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为95.73%和81.61%。SiC/Mo-Si复合涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,可对C/SiC复合材料提供1400℃、长时间的氧化防护。     

SiC涂层对熔渗SiCf/SiC复合材料高温服役性能的影响

采用化学气相沉积法(CVD)在熔渗制备的SiC_f/SiC复合材料表面沉积了SiC涂层,通过高温氧化试验研究了涂层对复合材料高温服役性能的影响,结果表明：在1 200℃空气环境中氧化100 h后,无涂层试样的室温平均弯曲强度为424 MPa,弯曲强度下降了36.2%;而有涂层试样的室温平均弯曲强度为631 MPa,弯曲强度仅下降6.9%。SEM和XRD表征显示,无涂层试样中SiC纤维的氧化和BN界面层的退化失效是复合材料弯曲性能下降的重要原因,断口纤维拔出较少,呈脆性断裂特征;而有涂层试样表面氧化生成SiO₂氧化膜,其厚度增加过程服从抛物线规律。由于SiC层的封闭保护作用,复合材料试样受到的氧化作用较小,弯曲性能更好,断口纤维拔出明显。     

等离子喷涂法制备炭/炭复合材料硅酸钇涂层研究

采用等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)法在炭/炭复合材料碳化硅(SiC)内涂层表面制备了硅酸钇涂层。分别采用XRD和SEM分析了所得涂层的微观结构,并测试了带有SiC/硅酸钇复合涂层的炭/炭复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:通过调节喷涂粉料中的SiO2和Y2O3的摩尔比,可制得Y2SiO5、Y2Si2O7、Y2Si2O7/Y2SiO5和Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5四种不同结构的硅酸钇涂层;1500℃氧化73h后,SiC/Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5涂层试样的氧化失重速率相对较低,仅为1.01×10-4g.cm-.2h-1。     

MnO2/CMSs复合材料的制备及其电化学性能

采用0.1 mol/L的KMnO4和0.1 mol/L的HNO3对化学气相沉积法合成的碳微球(CMSs)进行氧化后,在CMSs表面包覆MnO2层得到MnO2/CMSs复合材料,用H2C2O4洗涤MnO2/CMSs复合材料得到氧化CMSs。通过场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪等对产物的形貌和结构进行表征,观察了氧化前后CMSs在水和乙醇中的分散性,并采用循环伏安法测试了MnO2/CMSs复合材料的电化学性能。结果表明:经KMnO4和HNO3处理的CMSs表面包覆有MnO2层,MnO2的负载率约为60%。MnO2/CMSs复合材料在中性溶液中有一定的电容性能;经H2C2O4洗涤后得到氧化CMSs,其表面引入了含氧官能团,使其在水和乙醇中均表现出良好的分散性。     

C/C复合材料SiC/ZrB_2-MoSi_2复合涂层的抗氧化机制

采用包埋法和刷涂法在C/C复合材料基体上制备SiC/ZrB2-MoSi2抗氧化涂层,并利用SEM和XRD等测试手段对抗氧化涂层的组织结构、抗氧化性能和抗氧化机制进行了研究。研究结果表明,SiC内涂层可有效解决外涂层ZrB2-MoSi2与C/C复合材料基体间热膨胀系数差异较大的难题。刷涂法制备的ZrB2-MoSi2外涂层虽然有大量的龟裂纹,但涂层试样在1500℃空气中氧化10 h,失重率仅为3.58%,涂层具有很好的自愈合能力,表现出优异的高温抗氧化性能和抗热震性能。     

氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。     

定向碳纳米管/炭纳米复合材料形貌和显微结构

以CVD法定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架,利用化学气相渗透(CVI)工艺制备了新型定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。通过偏光金相显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等分析方法对其显微结构和热解炭沉积机理进行了研究。结果表明:所制ACNT/C纳米复合材料的热解炭结构主要为类粗糙层结构,围绕碳纳米管生长的热解炭石墨层片结构清晰,并且碳纳米管和热解炭之间具有良好的界面结合;而在相同工艺条件下围绕炭纤维生长的热解炭为典型的光滑层结构。这可能是由于在热解炭沉积过程中存在碳纳米管"诱导"沉积过程,即沿着碳纳米管径向的离域化共轭π键和具有类似结构的芳香族大分子通过π-π非共价键作用相结合,并在CNTs纳米尺寸的影响下,芳香族大分子按照"软取向"(Softepitaxy)围绕碳纳米管生成环形层片状类石墨结构的热解炭。该研究结果有望为热解炭的可控沉积起到一定的借鉴作用。     

炭载MnO2复合电极材料的制备与电容性能研究

采用真空浸溃、化学沉淀法制备活性炭(AC)载MnO2复合电极材料(MAC),利用XRD、SEM、EDS、恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法对所制备的复合材料进行物性表征和电化学电容性能测试.实验结果表明在AC颗粒表面沉积了γ-MnO2颗粒,所得MAC以200mA/g的电流密度充放电,首次放电比电容高达417F/g,循...     

碳/碳/Al2O3陶瓷功能梯度材料的制备与研究

从功能梯度材料的原材料的筛选、制备工艺路线的确定出发,对碳/碳/Al2O3陶瓷功能梯度材料的组分分布、微观结构、烧蚀性能及热学性能进行了研究.从试样内表面向外表面,基体碳含量从88%变化到近乎为15%,而Al2O3陶瓷含量从12%变化到85%左右.材料内表面氧-乙炔烧蚀率为0.012nn/s,这表现为碳/碳材料的特性.材料外表面的导热系数达到0.86W/m·K(25℃),表现为良好的隔热效果.     

Pairing effect and tensile properties of laminated high-performance hybrid composites prepared using carbon/glass and carbon/aramid fibers

Many attempts have been made to fabricate lightweight, high-performance, and low-cost polymeric composites. To improve the mechanical performance of the same material compared to conventional composites, paired hybrid materials were manufactured with different lamination structures. Each of six types of hybrid composite was designed by lamination pairing of carbon/aramid fabric and carbon/glass fabric using VARTM. The dependence of the mechanical properties of the samples on the pairing effects of the lamination structures was investigated. All pairing materials did not lead to a large increase of tensile strength due to the domination of carbon fiber, but the mechanical properties of specific laminates were clearly changed by the particular pairing sequence used. Using the limited material, the design of an effective structure was the central laminating condition with a good tensile and bending properties. Laminating position of the carbon fiber was found to play an important role in the stacking design of hybrid composites.     

Preparation of continuous carbon nanotube networks in carbon fiber/epoxy composite

In order to optimize carbon nanotube (CNT) dispersion state in fiber/epoxy composite, a novel kind of CNT organization form of continuous networks was designed. The present work mainly discussed the feasibility of preparing continuous CNT networks in composite: Fiber fabric was immersed into CNT aqueous solution (containing dispersant) followed by freeze drying and pyrolysis process, prior to epoxy infusion. The morphologies of fabric with CNTs were observed by Scanning Electron Microscope. The relationship between CNT networks and flowing epoxy resin was studied. Properties of composite, including out-of-plane electrical conductivity and interlaminar shear strength (ILSS), were measured. The results demonstrated that continuous and porous CNT networks formed by entangled CNTs could be assembled in fiber fabric. Most part of them were preserved in composite due to the robustness of network structures. The preserved CNT networks significantly improved out-of-plane electrical conductivity, and also have an effect on ILSS value.     

Hierarchical manganese oxide/carbon nanocomposites for supercapacitor electrodes

MnO₂/carbon nanocomposites with hierarchical pore structure and controllable MnO₂ loading have been synthesized using a self-limiting growth method. This was achieved by the redox reactions of KMnO₄ with sacrificed carbon substrates that contain hierarchical pores. The unique pore structure allows the synthesis of nanocomposites with tunable MnO₂ loading up to 83 wt.%. The specific capacitance of the nanocomposites increased with the MnO₂ loading; the conductivity measured by electrochemical impedance spectroscopy, on the other hand, decreased with increasing MnO₂ loading. Optimization of the MnO₂ loading resulted in nanocomposites with high specific capacitance and excellent rate capability. This work provides important fundamental understanding which will facilitate the design and fabrication of high-performance supercapacitor materials for a large variety of applications.     

SiC-MoSi2涂层C/C复合材料的动态氧化行为研究

C/C复合材料在使用过程中往往经受急冷急热与高温燃气冲刷。为了研究涂层C/C复合材料的动态氧化行为及失效机制,本文对SiC/MoSi_2涂层C/C复合材料试样的全温抗氧化性能以及抗冲刷性能进行测试分析.结果表明:SiC/MoSi_2涂层试样具有良好的高温抗燃气氧化冲刷性能,在经历1 600℃高温燃气冲刷55.5 h,10次室温～1 600℃～室温急冷急热考核后,失重率仅为7.68%;涂层试样在高温风洞中动态氧化失效的原因是位于缺陷氧化最敏感温度处的试样微区的氧化损耗最为严重,导致试样在该微区处的力学性能显著下降,使其无法承受气动载荷而发生断裂.