铝—碳化系复合材料的表面改性

现在,正在不断开发的碳—铝化系复合材料,具有质轻、高比强度、高弹性模量等优异的力学性能,因此炭纤维增强铝(CF/Al)复合材料可望作为结构材料;由于具有自润滑性和抗震性,因而石墨颗粒分散铝(GP/Al)复合材料可望作为功能材料。这些复合材料的制造和性能存在的问题是:炭材料与铝之间的浸润性不好,在高温下复合材料会发生界面反应等。浸润性不好不仅使成型(复合)困难,而且由于不同相之间的粘结性不好,界面中的应力传递不能充分地进行,因而在强度等力学性能方面未能产生复合的效果,使复合毫无意义。而且在高温下的反应,会在界面生成脆性的Al_4C_3相,使炭纤维的强度降低,因而使CF/Al复合材料的强度显著地下降。由于Al_4C_3在大气中会潮解,界面的粘结力显著减弱,在严重的情况下,连复合材料的形状也不能维持。因此,炭与铝之间的表面改性,是CF/Al复合材料开发中的一个重要的课题。界面改性的方法大致可区分为:(1)铝基添加合金元     

用聚碳硅烷分解法在炭纤维表面涂覆碳化硅涂层

本文用聚碳硅烷(PCS)分解法在炭纤维表面上涂覆碳化硅涂层。并将这种涂层与CVD法得到的碳化硅涂层相比较。发现前一种涂层较为粗糙,均匀性较差,结晶性很差,因此其氧化性能低于后者。涂覆0.1μm厚的涂层后,两种涂层都使炭纤维的强度损失40%左右,但PCS—SiC涂层与炭纤维的结合强度较低。     

碳化硅含量对炭/陶复合导电材料组织和性能的影响

以长石、透辉石、石英等为陶瓷基料掺杂石墨、碳化硅,经湿混、干燥、干压成型、快速烧结等工艺制备了复合导电材料。测定了试样的气孔率、吸水率、烧成收缩率、烧失率以及抗弯强度,并分别用XRD和SEM分析晶相组成和断面显微结构,研究了碳化硅含量对复合材料电阻率的影响。实验结果表明:碳化硅的含量由1%增大到3%时,炭/陶复合导电材料的显微结构无显著变化,气孔率增大,烧成线收缩率降低,弯曲强度下降,电阻率变大;碳化硅含量由3%增大到9%时,炭/陶复合导电材料的陶瓷颗粒界面上形成一层白色碳化硅颗粒层,气孔率减小,弯曲强度增大,电阻率急剧降低;与碳化硅含量为1%的炭/陶复合导电材料相比,碳化硅含量增大到9%时,炭/陶复合导电材料孔隙率减小,弯曲强度增大,电阻率降低。     

碳化硅涂层在单晶硅用炭/炭热场材料中的应用及研究进展北大核心

碳化硅涂层是目前解决单晶硅生产用炭/炭热场材料高温侵蚀的有效手段之一,本文介绍了碳化硅涂层的制备技术及优缺点,综述了碳化硅涂层在炭/炭热场材料领域的应用及研究进展,对炭/炭热场材料高温抗侵蚀涂层的发展提出了建议和方向。     

碳化硅涂层在单晶硅用炭/炭热场材料中的应用及研究进展

碳化硅涂层是目前解决单晶硅生产用炭/炭热场材料高温侵蚀的有效手段之一,本文介绍了碳化硅涂层的制备技术及优缺点,综述了碳化硅涂层在炭/炭热场材料领域的应用及研究进展,对炭/炭热场材料高温抗侵蚀涂层的发展提出了建议和方向。     

PyC涂层厚度对T1000炭纤维拉伸性能的影响

本研究利用不同CVD时长制备了两种不同PyC涂层厚度的涂层炭纤维。研究了PyC涂层厚度对涂层炭纤维形貌、结构成分、精细结构以及拉伸性能的影响。研究表明:随着PyC涂层厚度增加,涂层炭纤维表面粗糙程度增加,炭材料的无定形含量减少,C有序度提高,石墨化度增加。与未涂层炭纤维相比,PyC涂层炭纤维丝束拉伸强度下降,厚度为1.99μm的PyC涂层炭纤维强度保有率为76.0%。     

氮化硅对烧成铝炭耐火材料的性能影响

通过在铝炭耐火材料中引入氮化硅及很细的铝粉,在埋碳烧成过程中氮化硅与碳或与铝反应生成少量赛隆相及碳化硅.适当引入氮化硅,降低了铝炭砖的氧化失重率,提高了其抗脱磷剂侵蚀的能力及砖的抗氧化性能.     

氮化硅对烧成铝炭耐火材料的性能研究

通过在铝炭耐火材料中引入氮化硅及很细的铝粉,在埋碳烧成过程中氮化硅与碳或与铝反应生成少量赛隆相及碳化硅。适当引入氮化硅,降低了铝炭砖的氧化失重率,提高了其抗脱磷剂侵蚀的能力及砖的抗氧化性能。     

新型炭纤维/泡沫炭预制体的制备及致密化研究

由炭纤维/酚醛树脂经过发泡、固化和炭化制备出4种不同炭纤维含量(3%,7%,10%和15%)的泡沫炭作为制备炭/炭复合材料新型预制体,通过等温化学气相沉积对预制体进行致密化处理。研究了炭纤维含量对预制体微观结构、致密化过程及力学性能的影响。结果表明:炭纤维含量增加,使预制体产生更多的微裂纹,并有更多的炭纤维裸露在泡沫炭韧带外,有助于提高化学气相沉积的沉积速率。炭纤维/泡沫炭预制体炭/炭复合材料压缩强度随着预制体中炭纤维含量的增加而增加,当炭纤维体积分数为10%时,压缩强度达到峰值,为43MPa。     

炭/炭复合材料埚帮使用寿命的影响研究

针对单晶硅拉晶过程不断受硅化侵蚀造成炭/炭埚帮使用寿命短的问题,从炭/炭埚帮的破坏模式出发,分析了埚帮在单晶硅炉热场中受侵蚀破坏的机理。采用准三维针刺法制备预制体,经化学气相沉积、树脂浸渍炭化、高温处理及热解碳涂层处理后制成炭/炭复合材料埚帮。研究了不同密度、炭纤维含量以及涂层对炭/炭埚帮使用寿命的影响。结果表明随着密度、环向炭纤维含量的提升,炭/炭埚帮的使用寿命明显提升,而炭/炭埚帮表面热解碳涂层能在一定程度上提升其使用寿命,但提升效果有限。     

电泳沉积和反应结合制备羟基磷灰石/氧化铝复合涂层

在金属表面用电泳沉积(electrophoretic deposition, EPD)法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)涂层的主要问题是结合强度较低.为了提高HA涂层与基体的结合强度,先采用EPD在钛表面制得羟基磷灰石/铝(hydroxyapatite/aluminum, HA/Al)复合涂层,然后采用反应结合方法(reaction bonding process)制备羟基磷灰石/氧化铝(hydroxyapatite/aluminum oxide, HA/Al2O3)复合涂层,并与相同条件下制备的HA单一涂层进行比较研究.用扫描电镜表征涂层的表面和横截面形貌.用能量散射X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)谱分析HA/Al2O3复合涂层的化学组成.用XRD仪研究涂层的物相组成和热稳定性.通过黏结-拉伸实验测定HA涂层与基体的结合强度.结果表明:通过850℃热处理,HA/Al复合涂层中的Al粉发生氧化反应生成Al2O3,经反应结合得到HA/Al2O3复合涂层;反应结合提高了HA涂层的致密化程度且降低了基底钛表面的氧化程度;与单一HA涂层相比,HA/Al2O3复合涂层与基底间的结合强度得到明显提高.     

电沉积制备羟基磷灰石-碳化硅复合涂层

采用电沉积技术在碳/碳复合材料表面制备出羟基磷灰石-碳化硅复合涂层,通过扫描电镜、x.射线衍射仪、能谱仪、傅里叶红外光谱仪研究了电解液浓度与电流密度对复合涂层形貌与组成的影响,采用粘接拉伸法测试羟基磷灰石-碳化硅涂层、羟基磷灰石涂层与基体的结合强度.结果表明:随着电解液浓度的降低,涂层的组成由磷酸氢钙转变为羟基磷灰石,晶体从大尺寸的片状逐渐转变为纳米级球状.随着电流密度的升高,涂层的钙、磷摩尔比逐渐升高,晶体向疏松的针状转变.选取适当的工艺参数,羟基磷灰石-碳化硅与基体结合强度高于羟基磷灰石涂层.     

涂层工艺对C/C复合材料结构和弯曲性能的影响

采用热处理和包埋工艺制备了Ｃ／Ｃ复合材料的ＭｏＳｉ２／ＳｉＣ抗氧化涂层,对组织结构、界面、弯曲断口进行了显微观察,分析了氧化保护涂层及其工艺对其机械性能的影响,结果表明,该工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面生成涂层的同时,使基材内部的界面也被硅化;并且发现,热解炭基体比炭纤维更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ。Ｃ／Ｃ复合材料经涂层工艺处理后,弯曲强度降低;热处理过程中发生的材料氧化是弯曲强度下降的主要原因     

炭／炭复合材料SiC／Mo（Six，Al1-x）2涂层形成机理与抗高温氧化性能

采用高温包渗技术在炭／炭复合材料表面制备了SiC／Mo（Six,Al1-x）2复合涂层,采用两步反应法研究了复合涂层的生成机理。发现复合涂层是由Si、Al2O3、SiC、MoSi2原始粉末材料与基体炭材料经过复杂化学反应生成的SiC、Mo（SixAl1-x）2以及微量Mo4．8Si3C0．6固溶体组成。在较低温度下（〈1750℃）,单质硅与基体碳的液-固相反应,经过2小时后可以在炭／炭复合材料表面和内部孔隙表面生成致密的SiC过渡涂层;在较高温度下（≤2000℃）,SiC、Al2O3和MoSi2间的反应较为复杂,其主要过程为SiC与Al2O3间生成液体硅、液体铝和气态SiO、Al2O的多相反应,该反应生成的液体铝能够与MoSi2颗粒发生置换反应,生成熔点降低的Mo（Six,Al1-x）2转移涂层;同时,生成的液体硅与CO反应生成晶须状β—SiC,并与Mo（Six,Al1-x）2形成增强型复合涂层。本文还研究了过量单质Si和SiC对Mo（Six,Al1-x）2的还原反应,化学反应推论与实验结果相吻合。以新提出的涂层生成机理为指导,以粉末原料质量组成为Si10％,Al2O3 10％,SiC54％和MoSi226％时所制得了致密并且无粘结的复合涂层材料,并研究了封孔处理后复合材料的抗氧化性能。     

C/C坯体结构对RMI制备C/SiC复合材料的影响

采用无涂层、SiC涂层、C和SiC复合涂层处理的炭布/网胎预制体,经过CVD和树脂浸渍/炭化混合致密,制备了4种C/C坯体,随后熔融渗硅获得C/SiC复合材料;研究了不同纤维涂层、基体炭类型对C/SiC复合材料弯曲强度和断裂方式的影响,并对复合涂层状态的C/SiC材料的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:混合基体炭与纯热解炭的C/C坯体相比,制备的RMI-C/SiC材料弯曲强度更高,且经过涂层处理的C/SiC材料弯曲强度最高;复合涂层、混合基体炭均使材料表现出良好的"假塑性"。复合涂层处理的试样在制动压力0.6～0.8 MPa、惯量0.3～0.4 kg·m~2、转速为6000～7500 r/min的条件下,平均摩擦系数为0.348～0.454,且材料磨损量较小,最大为2.188μm/(面·次)。     

含堇青石涂层碳化硅网状多孔陶瓷的制备及燃烧特性

针对多孔介质高温燃烧用碳化硅多孔陶瓷因高温氧化导致抗热震性能以及辐射效率衰减等问题,首先采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅素坯,经低温预烧、真空浸渍含Mg（OH）₂、单质Si和α-Al₂O₃浆料,经过原位反应烧结在碳化硅骨架表面构筑含堇青石红外辐射涂层的碳化硅多孔陶瓷。结果表明：真空浸渍浆料能在碳化硅骨架表面涂覆连续涂层的同时,能完全填充骨架的三角孔洞,经1 350℃烧结成功制备了具有堇青石涂层、碳化硅骨架中间层、堇青石填充层的3层结构碳化硅多孔陶瓷。3层结构的形成显著提高了碳化硅多孔陶瓷力学性能及抗热震性能以及高温抗湿氧化能力,碳化硅多孔陶瓷在1 350℃热处理后耐压强度达到1.18 MPa、残余强度保持率达67%;碳化硅多孔陶瓷中3层结构孔筋表面堇青石红外辐射涂层的形成,强化了碳化硅多孔介质燃烧器辐射换热过程和燃烧效率,将燃烧器表面温度提高约140℃,并显著降低了燃烧器中CO、NO_x等污染物的排放量。     

炭纤维增强层状热解炭/碳化硅基复合材料的制备及性能研究

以普通炭毡为预制体,在炭纤维表面经多次反复沉积热解炭(PyC)和碳化硅(SiC)层,最终制备出炭纤维增强层状PyCSiC炭/陶复合材料。对复合材料微观结构、物相组成及断裂行为进行分析,结果表明:靠近炭纤维周围的层状PyC-SiC复合材料厚度均匀、致密,层状结构清晰,远离炭纤维处层状结构难以分辨;结合三点弯曲载荷-位移曲线及SEM断口形貌可以判断复合材料断裂方式为阶梯型断裂,裂纹在层间界面发生了明显的偏转,炭纤维增强层状PyC-SiC复合材料的韧性得到明显提高。     

炭纤维增强中间相炭微球制备炭/炭复合材料

以中间相炭微球为炭源,沥青基磨切炭纤维为同质增强相,采用冷模压成型和气氛低温烧结制备出高性能炭/炭复合材料。研究了炭纤维表面处理对界面结合强度的作用机制和改善效果,分析了不同球磨时间下原始粉料的微观形貌。结果表明：炭纤维的添加有利于坯体各向均匀收缩,降低了总体积收缩率,使得复合材料密度下降;同时大幅度提升了复合材料的机械强度;添加10%（质量分数）炭纤维时弯曲强度最高,达到123.5MPa。     

一种中温炭/炭复合材料抗氧化涂层的制备及其性能

制备了一种使用温度约1173K的炭/炭复合材料抗氧化复合涂层,它由磷酸盐过渡层和陶瓷相阻挡层构成。通过与单一陶瓷相涂层的对比试验研究了它的抗氧化机理。涂覆有该复合涂层的炭/炭复合材料试样在空气中1173K下氧化10h的失重为11.25wt%,氧化失重率为9.84×10-5g/cm2·min),而且其氧化失重率随氧化时间延长而降低;4小时内经过30次从1173K至室温急冷急热循环后失重为6.38wt%,涂层基本完好,说明涂层在不超过1173K温度时具有良好的抗氧化性和抗热震性能。该种涂层适合于中温下炭/炭复合材料的抗氧化保护。     

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。