炭／炭复合材料界面海微观结构的研究

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面结构直接影响着炭／炭材料的力学、热物理等各种性能。采用ＳＥＭ、ＴＥＭ等微观观察手段,新几种炭／炭复合材料界面的微观结构进行考察。对观察到炭纤维与基体炭间的界面、同一纤维束中两根纤维间的界面,基体与其他外加物质间的界面、不同取向炭纤维间界面、不同基体前驱体层间的界面等界面类型的细微结构进行了图示分析与讨论。     

炭/炭复合材料界面微观结构的研究

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面结构直接影响着炭／炭材料的力学、热物理等各种性能。采用SEM、TIM等微观观察手段,就几种炭／炭复合材料界面的微观结构进行考察。对观察到的炭纤维与基体炭间的界面、同一纤维束中两根纤维间的界面,基体与其他外加物质间的界面、不同取向炭纤维间的界面、不同基体前驱体层间的界面等界面类型的细微结构进行了图示分析与讨论。     

炭/炭复合材料的热物理性能

综述了炭／炭复合材料的热物理性能及其影响因素。炭／炭复合材料热导率的大小由炭纤维的类型、取向、体积分数以及基体的结构类型决定，热处理工艺也对它有很大的影响。炭／炭复合材料的热导率随温度升高一般先升高后降低。炭／炭复合材料在低温时具有负热膨胀系数，影响其这一性能的因素除了坯体结构和基体     

基于RPM的炭/炭复合材料人工骨预制体成型技术研究

炭／炭复合材料是一种新型的炭纤维增强的以炭为基体的高性能复合材料，其增强相和基体都由碳元素构成，不仅具有炭材料固有的生物相容性，而且还具有纤维增强复合材料的高强度与高韧性，对其应用于人体组织材料进行了广泛的研究。通过应用RPM技术及快速模具，解决了复杂形状炭／炭复合材料难成型的问题，并对其在生物领域的应用进行了展望。     

炭纤维/热解炭+Al2O3复合材料的微观结构研究

为提高炭／炭复合材料的隔热性能,设计出了Ａｌ２Ｏ３粉末和纤维＋炭布缠绕预制体结构。采用快速化学气相沉积新技术制备出了炭纤维／热解炭＋Ａｌ２Ｏ３复合材料,并采用ＳＥＭ分析、能谱分析及Ｘ射线衍射分析研究了其微观结构。实验结果表明,这种材料自表面到内部形成了有利于隔热的密度梯度,材料组织均匀,闭孔细小,分布合理,隔热性能良好     

炭／炭复合材料用基体—COTAP的合成与性能研究

以廉价的国产中温煤沥青为原料,通过特定的交联催化反应,合成了一种适合于炭/炭复合材料用的基体——COTAP,并研究了不同反应条件下COTAP基体的残炭率及其与炭纤维之间的润湿性,以及由其制备的炭/炭复合材料的强度。实验结果表明,COTAP基体具有良好的综合性能,是一种很有价值的炭/炭复合材料用基体。     

PAN基炭纤维中炭的过渡态物相的种类含量与分布

用Ｘ射线衍射的方法研究了炭纤维中的过渡物相的种类、含量及分布。结果认为，ＰＡＮ基炭纤维为乱层石墨和单层石墨构成的两相结构，两种过渡态炭沿纤维经向的分布是不均匀的，由表及里单层墨逐渐增加，乱层石墨逐渐减少，可以用“多层化度”定量地描述这一过程。     

炭纤维表面处理对短炭纤维增强炭基复合材料强度的影响

为了增强炭纤维的表面活性,提高炭纤维与基体炭的结合强度,用浓硝酸对炭纤维进行了表面氧化处理。考察了处理时间和处理温度对短炭纤维增强炭基复合材料（ＳＣＦＲＣ）力学性能的影响;用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对ＳＣＦＲＣ的弯曲断面进行了观察。结果表明：对炭纤维进行表面处理可以提高其与基体炭的结合强度,炭纤维与基体炭的结合强度以及ＳＣＦＲＣ的抗弯强度均随着炭纤维氧化处理时间的增加和处理温度的升高而增大     

热解炭微观结构对炭/炭复合材料力学性能的影响

以PAN基针刺纤维毡为基体,采用等温化学气相渗透技术,在温度1000℃、压力5.0~20.0 kPa条件下制备了2种具有不同微观结构热解炭的炭/炭复合材料,研究了其力学性能与热解炭微观结构的关系. 结果表明,压力8.0 kPa下得到的具有单一低织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度较高,为86±3 MPa,热解炭与炭纤维间界面结合紧密,加载过程中二者同时断裂,呈现明显的脆性断裂行为;压力10.0~20.0 kPa下得到的具有中织构-高织构-中织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度稍低,为82±4 MPa,加载过程中材料内部不同织构热解炭间多层次界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度,断口形貌呈现锯齿状,表现出假塑性断裂特征.     

C/C复合材料中基体炭的微观结构表征

采用扫描电子显微镜、金相偏光显微镜对不同结构基体炭，包括热解炭、沥青炭、树脂炭进行形貌表征和分析。通过试验观察到热解炭的微观结构主要分为粗糙层结构、光滑层结构、过渡层结构和各向同性结构，热解炭表面为球冠形结构；沥青炭的主要形貌结构主要有镶嵌型结构，区域与镶嵌并存结构，区域与流线型并存结构，流线型结构；树脂碳的结构主要为表面光滑的块状结构。     

碳/碳复合材料等温化学气相渗透工艺模糊系统建模

等温化学气相渗透(chemical vapor infiltration，CVI)是制备陶瓷基和碳基复合材料重要的传统工艺，该工艺主要的不足之处是周期极长，因此，优化工艺参数、提高沉积效率是目前等温CVI工艺研究的重点。在实验样本的基础上，利用遗传算法来自动获取和优化模糊规则，从而建立了碳／碳复合材料等温CVI工艺模糊系统。通过系统对训练样本和测试样本的输出，可以看出：系统具有较高的精度和泛化能力。利用该系统，得到了沉积温度、纤维体积分数和沉积室压强等参数对等温CVI工艺的影响规律，对实际生产中CVI工艺的制定有指导意义。     

镍催化制备炭/炭复合材料

利用催化化学气相沉积法制备炭／炭复合材料，研究了反应温度、前驱体气体含量、催化剂含量和时间对所制备的炭／炭复合材料密度的影响，采用扫描电镜观察分析了基体碳的形貌。结果表明，利用催化剂镍可制取密度达1．594g／cm^3的炭／炭复合材料，并有晶须状基体碳生成。在各种工艺参数中，对炭／炭复合材料的密度影响最大的是温度和前驱体气体，其次为催化剂含量，最后是时间。     

Effects of needle-punched felt structure on the mechanical properties of carbon/carbon composites

The effects of needle-punched felt structure, including mass ratio of non-woven cloth to short-cut fiber web, PAN-based carbon fiber types of non-woven cloth and thickness of unit (one layer of non-woven cloth and short-cut web was named as a unit), on the flexural properties of C/C composites from pressure gradient CVI are discussed. Results show that flexural strength and modulus increase when mass ratio of non-woven cloth to short-cut fiber web changes from 7:3 to 6:4 and that PAN-based carbon fiber types of non-woven cloth strongly influence the flexural properties. The strength of C/C composites is not linear with the strength of non-woven cloth carbon fiber because of the important interface between carbon fiber and matrix carbon. It is suitable to choose T300 or T700 as reinforcing carbon fiber for C/C composites in the present study. An optimum unit number per cm of the needle-punched felts for higher flexural properties exists.     

高性能C/C复合材料制备工艺研究

对制备C/C复合材料的化学气相渗透工艺进行了系统的实验研究,着重分析了热解碳的沉积过程。研究表明,在化学气相渗透的初始阶段,热解碳主要在碳纤维表面沉积,并与碳纤维之间形成了界面结合;随后,热解碳的沉积继续填充碳纤维预制体内部的气孔。这一过程有助于缓解纤维与陶瓷基体之间的界面应力。研究表明,通过调节热解碳的沉积时间可以得到具有一定密度梯度的C/C复合材料。     

三维编织碳纤维尼龙复合材料的研究

根据碱催化阴离子聚合原理，用液态原位聚合方法制备了尼龙／三维编织碳纤维复合材料（PA／C3D），介绍其成型工艺过程，测试并分析了PA／C3D复合材料的力学性能及影响因素。结果表明，PA／C3D复合材料具有比长碳纤维增强尼龙（PA／CL）复合材料高的冲击强度和剪切强度，其弯曲性能低于PA／CL复合材料。碳纤维空气氧化处理后制备的PA／C3D复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量及平面剪切强度均有所提高，但冲击强度下降。     

三维编织碳纤维尼龙复合材料的探索性研究

本文论述了根据碱催化阴离子聚合原理、用液态原位聚合方法制备三维编织碳纤维尼龙复合材料的成型工艺过程,测试并分析了其力学性能及其成型过程中的主要影响因素.结果表明,该复合材料的性能明显优于长碳纤维尼龙复合材料.     

化学气相渗C／SiC材料结构与性能的研究

采用碳布层叠然后用化学气相渗方法制备了Ｃ／ＳｉＣ复合材料，这种材料纤维与基体间的界面是决策材料力学行为的重要因素，带有热解碳作为界面层的Ｃ／ＳｉＣ材料，在断裂进表现出大范围的脱粘，纤维与周围的基体不同发生断裂，有大量的纤维拨出，断口类似毛刷，无界央层材料表现为脆性平面断口，裂纹直接通过纤维和基体向前扩展，没有发生脱粘。     

碳纤维镀铜及其对铜基复合材料界面影响

碳纤维与铜之间的润湿性很差，导致碳纤维-铜复合材料的界面问题十分突出，给碳纤维增强铜基复合材料具有的优异性能带来很大的影响.用化学反应法在碳纤维表面镀铜,然后再与铜复合，可以有效地解决上述问题.但由于碳纤维具有纤细疏水、表面惰性的特点，对它镀铜很难.本文以CuSO₄为主盐，锌粉为还原剂，研究了4种不同类型添加剂: A（烷基苯磺酸盐）、B（烷基磺酸盐）、C（十二烷基脂肪酸盐）和D（十二烷基脂肪酸盐+乙酸钠）对碳纤维镀铜的影响.结果表明：D型添加剂最有利于碳纤维镀铜, 它能有效地解决碳纤维镀铜时经常发生的碳纤维束“黑心”问题.在实验中观察到整束碳纤维被均匀、连续地镀上了铜.通过扫描电镜观察：在镀铜碳纤维的断面上可以看到镀层和碳纤维结合得很牢固;在镀铜碳纤维与铜复合所得的复合材料中碳纤维与铜之间的界面结合得十分紧密.     

碳/碳复合材料SiC–HfSi_2–TaSi_2抗烧蚀复合涂层

采用包埋技术在碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料表面制备了碳化硅-硅化铪-硅化钽(SiC-HfSi2-TaSi2)抗烧蚀复合涂层.采用氧已炔火焰烧蚀试验评价了. C/C复合材料样品的抗烧蚀性能.通过X射线衍射分析、扫描电镜观察及能谱分析研究了SiC-HfSi-TaSi2作为 C/C复合材料抗烧蚀涂层的表面和断面相组成、元素分布及形貌.结果表明:由于烧蚀过程中生成的Hf02,Ta205具有高温稳定性,使得该涂层表现 出良好的抗烧蚀性能,在3 000℃下烧蚀20s后,线烧蚀率为0.009 mm/s,质量烧蚀率为0.003 85 g/s.     

轴棒法C／C复合材料微观结构及性能分析

采用轴棒法4D预制体、煤沥青为前驱体,经过常压、高压相结合的液相浸渍一炭化的致密工艺,制备出高密度轴棒法C／C复合材料。研究了轴棒法C／C复合材料的微观结构及其对轴向室温、高温（2800℃）拉伸破坏形式的影响。结果表明：轴棒法C／C复合材料轴向增强体采用炭棒,出现了一个特殊的界面,即炭棒与基体的“间隙”,主要原因是炭棒内部结合较强和纤维、基体的热膨胀系数不匹配而引起的;间隙的存在,使得轴棒法C／C复合材料的轴向室温、高温拉伸破坏形式出现较大差异,室温拉伸由于界面结合强度弱而引起的炭棒完整的拔出,未起到纤维应有的增强作用;高温拉伸却由于受热膨胀,间隙愈合,界面结合变强,试样从有效部位断裂,纤维增强作用明显提高。