碳纳米材料增强钛基复合材料研究进展

碳纳米材料(carbon nanomaterials)具有优异的力学、导热、导电等性能,且强度、模量与导热率远高于现有金属材料,是金属基复合材料增强体的最佳选择之一。将碳纳米材料和钛合金复合,通过调整碳纳米增强相的含量和分布等,有望大幅提高钛基体的力学强度、导电、导热等性能,获得性能优异的结构功能一体化材料。然而,碳与钛化学相容性差,成型过程中二者易发生化学反应,导致碳纳米增强相结构被破坏。因此,如何调控碳纳米增强相与钛基体之间的界面反应成为提升复合材料性能的关键。基于此,综述了利用粉末冶金法制备碳纳米材料增强钛基复合材料的国内外研究进展,介绍了制备纳米碳-钛复合材料的成型工艺,并探讨了其界面结构和性能;最后总结了纳米碳-钛复合材料现阶段的突出问题和可能的解决方案,并展望了未来纳米碳-钛复合材料的发展方向。     

碳/碳复合材料内耗行为研究

碳／碳复合材料的内耗是材料内部各种结构因素共同作用的结果。通过分析碳纤维、热解碳基体及纤维／基体界面对碳／碳复合材料内耗特征的影响规律与机抽,对碳／碳复合材料的内耗行为进行了研究。     

碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究

对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究; 对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型, 建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示: 单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右, 在70.0%应力水平的疲劳载荷下, 面内剪切刚度退化最大可达30%左右; 三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高; 随着疲劳循环加载数的增加, 三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。      

碳／碳复合材料

一、前言碳纤维增强碳基体的复合材料,在工业上通常称做碳/碳复合材料(也用符号C/C表示),人们为了提高碳和石墨的强度,以便能够利用这些材料的优良耐高温性能,即在2500℃高温下的热稳定性、抗热震性以及利用这些材料做成的高性能工程零部件而不断地研究开发C/C复合材料的。     

高密度碳—碳复合材料的发展

引言碳-碳复合材料是在2000℃以上显示出优异机械和热性质的高温材料。然而,这些复合材料所具有的性质都强烈地依赖于处理工艺参数、纤维种类及基体等。耐氧化性限制着复合材料在工艺技术领域的应用,为使复合材料达到高密度,几乎所有工业制造厂都使用高压     

碳／碳复合材料的性能,制法和应用进展

碳/碳复合材料是以碳为基体的碳纤维增强材料。它是六十年代发展起来的、当今最理想的耐高温材料。这类复合材料兼备有碳的惰性和碳纤维的高强度,在高达3000℃的条件下,其他材料早已被融掉,而 C/C 复合材料依然能保持自己的强度。C/C 复合材     

碳纤维表面处理对2D碳/碳复合材料弯曲性能的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态及提高碳/碳复合材料性能,采用1700℃惰性气体保护、2200℃惰性气体保护、400℃空气氧化三种表面处理方法对碳纤维进行了表面处理.结果表明,经过2200℃处理后的纤维表面比较粗糙,有很多沟槽,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合紧密,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高75%;经过400℃处理后的纤维表面凹坑、凸起较纤维未处理前增多,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合强度适中,其弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高43%;而经过1700℃处理的纤维表面比较光滑,纤维与基体结合弱,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料的弯曲强度低.     

碳/碳复合材料密封性能分析

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,本文研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径.结果表明:C/C复合材料比高强石墨更适合用作航天动密封材料.碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好.C/C复合材料中的穿刺纤维以及贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能会产生很大的影响.     

三向增强碳/碳复合材料的高温热应变性能

一、前言 三向增强碳/碳复合材料(以下简称3D—C/C复合材料)具有重量轻、耐高渐、比强度高和高烧蚀热等优越的物理和力学性能。特别是在2500℃以上时,它的高温比强度是其他材料无法相比的。由于它所独具有优越性,已成为目前航天工业中最受重视的材料之一。随着人们对这种材料性能的认识以及材料成本的降低,3D—C/C复合材料在其他工业领域也将会逐渐受到重视和得到应用。本文介绍一种以聚丙烯腈碳纤维作为增强组元,在X—Y—Z三个互相垂直的方向分别以2:2:3的纤维比例正交排列,以煤沥青为基体材料,经过高温高压浸渍而成的三向碳/碳复合材料的几个重要的物理与力学性能。由于这种复合材料的制备工艺复杂,性能离散较大,所列数据仅供选材时参考。 二、试验结果与讨论 1.密度 3D—C/C复合材料的密度为2.0g·cm~(-3)左右。 2、线热膨胀性能 考虑到3D—C/C复合材料在高温条件下受热时间过长可能影响到它的内部组织结构,从而改变了原有的     

碳/碳复合材料氧化形为的研究

一、前言 碳/碳复合材料是一种新的、极好的特种结构工程材料,它由碳质基体或石墨基体组成,并由碳纤维或石墨纤维增强。它的主要特性有:高强度、高模量、高的烧蚀热、抗热冲击、温度提高时强度提高以及化学惰性等,这是其它结构材料,如树脂基复合材料、金属基复合材料与陶瓷材料所无法比拟的。目前,在高温技术领域范围内,例如:航空、宇航、导弹、动力装置、化学、隔热以及核领域,特别需要碳/碳复合材料的这种优异的性能。 关于碳/碳复合材料作为高温结构材料,近十几年来,世界各发达国家的科学工作者已开展了大量工作,研究发现:这种材料最薄弱的环节是它在氧化气氛中的不稳定性。本文拟对三维碳/碳复合材料的氧化动力学规律进行较全面的探讨,以进一步推动这种材料在高温环境中的广泛应用。 二、实验方法 1.C/C复合材料的制备 本实验所用碳/碳复合材料是从航天部某单位生产的火箭尾喷管报废品上直接切害得来,它的生产过程如下:     

飞机刹车装置用的碳—碳复合材料的发展现状

碳纤维增强碳基体复合材料,简称碳——碳复合材料是为满足航天航空工业需要发展起来的一种新型高温结构材料。这种材料比强度、比模量和断裂韧性高,密度低。具有良好的抗热应力和热冲击性、抗烧蚀性、化学稳定性以及尺寸稳定性。五十年代末期开始把这种     

碳/碳复合材料的基体前驱体研究进展

本文综述了国内外碳 /碳复合材料基体前驱体的研究进展状况。讨论了不同物质 ,其中包括工业沥青、酚醛树脂、呋喃树脂、缩合多核芳香 (COPNA)树脂以及聚芳基乙炔树脂作为碳 /碳复合材料基体前驱体的特点。     

航天飞机用碳—碳复合材料的多层保护膜

航天飞机重返大气层时,外层温度高达1300～1700℃。为防止氧化,必须施行表面防护。碳-碳复合材料以及钛-铝合金,镍-铝合金、耐高温金属基体复合材料皆为这种极端条件下所必须的材料。尽管碳-碳复合材料可在高温下保持相当的强度和极大的稳定性,但仍需采取措施防止氧化。最近,日本在这方面有了新的进展。为了满足日本航天飞机(HOPE)计划的需要,川崎制铁公司和川崎重工业公司开发了一种耐高温抗氧化的复合材料。这种碳-碳复合材料是用高模量碳纤维织物和酚醛树脂制成。生产工艺包括普通模塑、碳化、石墨化、含炭浸渍等数道工序。成品的     

沥青基碳/碳复合材料的组织特性

以 １Ｋ ＰＡＮ基碳纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体,分别在常压下和高压（４０ＭＰａ、８０ＭＰａ）下制备出了沥青基碳／碳复合材料。借助偏光显微镜对碳／碳复合材料试样进行的微观组织的观察发现,碳基体中既有域组织,也有镶嵌组织,而焦炭主要为细镶嵌组织．偏光试样经过酸液氧化腐蚀处理后,利用电子显微镜对其扫描观察,发现各向异性区域呈现出流线组织特征,流线纹路的疏密与沥青碳化时的压力有关．压力越高,纹路越密实,表明碳层面的取向性也就越好．     

多向碳碳材料问题简介

在高技术领域中所应用的复合材料的关键之一是使用温度问题.使用温度超过环氧树脂使用温度(150℃)的复合材料称为高温复合材料.大约在150℃～400℃的温区内所用的树脂,称为高温树脂.大约400℃～900℃的温区内用金属基体,大约在900℃～1000℃的温区内用玻璃基体,而大约1000℃～1200℃之间用陶瓶基体.1200℃以上的复合材料称为超高温复合材料,多向碳碳材料是一种超高温复合材料,其使用温度可高达3000℃左右.不过超过500℃要重复使用的话,必须防止氧化.      

碳／碳复合材料在高能刹车副中的应用

碳／碳材料是碳基体用碳纤维增强的复合材料，它具有良好的韧性、导热性和导电性能，耐腐蚀、耐磨蚀性好，大量应用在飞机高能刹车副作热库材料，本文介绍了Ｃ／Ｃ复合材料用作高能刹车热库时，较钢、铍等金属材料有优势。还介绍了Ｃ／Ｃ材料的有关制造方法和抗氧化工艺等。     

碳微球表面功能化对镁基复合材料的增强作用

纳米碳材料增强相与镁基体间的两相界面结合程度直接影响着复合材料性能的提高,而使用化学改性法对增强相进行表面功能化可以有效改善两相间的界面结合度.为了进一步研究表面功能化在提升复合材料性能上所起的作用,本研究选用CVD法和水热法制备的碳微球(CVD-CMSs和HT-CMSs)为增强相,一是使用一步改性法(即使用表面活性剂PVP直接处理)对增强相进行表面功能化处理,制备出CVD-CMSs/Mg和HT-CMSs/Mg,考察CMSs上接枝的含氧官能团对表面功能化处理的效果;二是使用两步改性法(即先使用化学沉积法将MgO颗粒裹附到碳球表面,再用PVP进行处理)对增强相HT-CMSs进行功能化处理,并制备出HT-CMSs@MgO/Mg,与HT-CMSs/Mg对比来考察HT-CMSs上负载MgO纳米颗粒的作用.采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、光学显微镜、高分辨透射电子显微镜和拉伸性能测试仪等对复合材料样品的组织、界面结构和力学性能进行表征和分析.结果表明:CMSs上携带的含氧官能团对表面功能化处理的效果以及增强相的分散性都具有积极作用,且经PVP一步改性后制得的复合材料的增强相与基体间有MgO薄膜生成,改善了增强相与基体的相容性;经两步改性后,负载在HT-CMSs表面的MgO纳米颗粒使两相间的MgO膜增厚,进一步提升了两相间的界面结合度,起到有效连接增强相与基体界面的作用,并最终使复合材料的拉伸性能得到提高.     

热解碳基碳/碳复合材料的内耗特征与机制

以高纯石墨为对照材料,初步研究了热解碳基碳/碳复合材料的内耗行为,并根据实验结果提出了碳/碳复合材料的内耗机制:热滞弹性机制与静滞后型内耗机制。纤维/基体的界面内耗效应对碳/碳复合材料的内耗特性影响很大,它的存在使碳/碳复合材料产生了一些较为反常的内耗现象。      

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.     

碳毡——沥青碳复合材料

前言碳—碳复合材料具有独特的性能,在航天工业中由于它能在高温下耐烧蚀,并具有优异的强度,因此可用作隔热材料。生产这些碳一碳复合材料的最一般方法是将碳的化学蒸汽沉积(CVD)在一种纤维上,即碳毡基体上。本研究的目的是用热的煤焦油沥青浸渍碳