C/C复合材料表面改性薄膜的制备及摩擦磨损性能研究

采用先驱体转化法在C/C复合材料基底表面制备了厚度为3～5μm的SiC薄膜和Si₃N₄薄膜;用球-盘对磨的方式测试了C/C复合材料基底、SiC薄膜和Si₃N₄薄膜在干态下的摩擦磨损性能。结果表明,制备的SiC薄膜和Si₃N₄薄膜表面结构均匀致密,无明显缺陷。C/C复合材料基底的平均摩擦系数为0.17,磨损率为1.93×10^-4 mm³·N^-1·m^-1;SiC薄膜的平均摩擦系数为0.13,磨损率为0.78×10^-4 mm³·N^-1·m^-1;Si₃N₄薄膜的平均摩擦系数为0.12,磨损率为0.45×10^-4 mm³·N^-1·m^-1。与C/C复合材料基底相比,...     

不同填料复配对尼龙6/石墨烯复合材料导热性能的影响

高分子材料的绝热特性极大地限制了其作为导热材料在工业中的应用。选用多层石墨烯作为导热填料,并分别与导热填料氧化铝(Al_2O_3)和碳化硅(SiC)复配,探究导热填料的复配对尼龙6(PA6)复合材料导热性能的影响。加入质量分数为3%石墨烯时,PA6复合材料的热导率为0.548W·m^-1·K^-1,相比PA6基体提高161%。通过调节石墨烯与Al_2O_3和SiC复配的比例以及复合填料量,PA6复合材料的热导率可控在0.653~4.307W·m^-1·K^-1之间,最高是PA6基体的20倍。为拓展石墨烯在导热材料方面的应用及PA6导热材料在工业上应用提供了有价值的实验依据。     

炭基体的结构对C/C复合材料导电性能的影响

采用CVI+PIC工艺制备以2D碳纤维预制体为增强体、由不同炭基体结构组成的C/C复合材料,随后在不同温度对其进行热处理得到不同石墨化度的炭基体结构,研究了PyC/ReC比值和石墨化度对材料电阻率的影响。结果表明,随着PyC/ReC比的提高低密度C/C复合材料的电阻率在27.3×10^-6~28.0×10^-6 Ω·m间基本不变,因为石墨微晶的尺寸和结构完整性的增大与材料孔隙率的提高对电阻的影响相反。随着PyC/ReC比的提高,高密度C/C复合材料的电阻率从24.9×10^-6 Ω·m降低到20.5 ×10^-6 Ω·m。其可能的原因是,材料内部的孔隙较少,孔隙率的轻微提高使阻碍载流子在导电网络中的有效传递的作用显著下降。随着热处理温度从1800℃提高到2500℃,C/C复合材料的石墨化度明显提高,电阻率明显降低,其主要原因是载流子浓度的提高和晶界散射的减弱。     

基于聚醚砜/氰酸酯半互穿树脂体系的碳纤维复合材料性能研究

氰酸酯（CE）树脂因具有高玻璃化转变温度、低固化收缩率和优异介电性能,常被作为耐高温或吸波纤维复合材料基体应用于航空航天领域。但由于CE树脂与碳纤维（CF）浸渍黏附性较差、固化温度高、固化物脆性较大,其复合材料制备工艺性较差且固化后易产生分层损伤,严重影响其产品质量及实际应用。本文利用聚醚砜（PES）对CE树脂进行改性,制备出浸润性良好的预浸料以适应各类干法成型复合材料制备工艺。结果表明,PES的引入能够显著提高CF/CE树脂基复合材料的力学性能和热稳定性。与CF/CE单向板相比,7.5wt%PES-CF/CE单向板的弯曲强度提高17%,层间剪切强度提高31%,冲击韧性提高39%,并且纵向热膨胀性系数从-2.07×10^-8 K^-1降低到-10.7×10^-8 K^-1,横向热膨胀系数降低20%,改性效果显著。     

聚苯醚/钙镧钛微波复合基板

微波复合基板兼具树脂基体的高韧性和陶瓷填料优异的介电和热学性能, 是航空航天、电子对抗、5G通讯等领域的关键材料。本工作采用螺杆造粒与注塑成型相结合的新技术制备了聚苯醚(简写为PPO)为基体、钙镧钛(Ca_0.7La_0.2TiO₃, 简写为CLT)陶瓷为填料的新型微波复合基板, 并对基板的显微结构、微波介电性能、热学性能和力学性能进行表征。结果表明, 采用这种新技术制备的微波复合基板组成均匀且结构致密。随着CLT陶瓷的体积分数从0增大至50%, 基板的介电常数从2.65提高到12.81, 介电损耗从3.5×10 ^-3降低至2.0×10 ^-3 (@10GHz); 同时热膨胀系数从7.64×10 ^-5 ℃ ^-1显著降低至1.49×10 ^-5 ℃ ^-1, 热导率从0.19 W·m ^-1·K ^-1提高至0.55 W·m ^-1·K ^-1; 此外抗弯强度从97.9 MPa提高至128.7 MPa。填充体积分数40%CLT陶瓷的复合基板综合性能优异: ε_r=10.27, tanδ=2.0×10 ^-3(@10GHz), α=2.91×10 ^-5 ℃ ^-1, λ=0.47 W·m ^-1·K ^-1, σ_s=128.7 MPa, 在航空航天、电子对抗、5G通讯等领域具有良好的应用前景。     

SiO2-TiO2/聚四氟乙烯复合材料的制备及热膨胀性能

为了使微波基板材料与Cu金属衬底的热膨胀性能匹配,对陶瓷/聚四氟乙烯（PTFE）微波复合基板材料的热膨胀性能进行了研究。采用湿法工艺制备了以SiO₂和TiO₂为填料的SiO₂-TiO₂/PTFE复合材料,研究了复合材料密度、填料粒度和填料体积分数对SiO₂-TiO₂/PTFE复合材料热膨胀性能的影响。结果表明,当SiO₂的体积分数由0增至40%（TiO₂ ：34%~26%）时,SiO₂-TiO₂/PTFE复合材料的线膨胀系数（CTE）由50.13×10^-6 K^-1减小至10.03×10^-6K^-1。陶瓷粉体粒径和复合材料密度减小会导致CTE减小。通过ROM、Turner和Kerner模型计算CTE发现,ROM和Kerner模型与实验数据较相符,而实验值与Turner模型预测值之间的差异随PTFE含量的升高而逐渐增大。     

聚酯基炭分子筛复合膜的制备及气体分离性能研究

以双酚A（BPA）和均苯三甲酰氯（TMC）为单体通过界面聚合的方法在卷式炭膜上合成聚酯,制备了聚酯基炭分子筛复合气体分离膜,考察了界面聚合工艺条件如界面聚合反应时间、有机相及水相单体浓度、热处理时间、不同有机相溶剂及聚合反应次数对复合膜气体分离性能的影响,确定了最佳制备工艺条件.并通过热重（TG）、红外光谱（IR）及扫描电子显微镜（SEM）分析手段对复合膜的热稳定性、分离层的化学结构和表面形貌进行表征与分析.以最佳工艺条件下界面合成制备的聚酯膜经炭化制备了聚酯基复合炭膜,并测试其气体渗透性能,研究表明,在最佳工艺条件下制备的聚合物复合膜,其O₂和N₂的渗透通量分别为6.59×10^-10mol/（m²·s·Pa）和2.92×10^-10mol/（m²·s·Pa）,O₂/N₂的分离系数为2.25;炭化后制备的复合炭膜其O₂和N₂的渗透通量分别增加为3.71×10^-9mol/（m²·s·Pa）和1.19×10^-9mol/（m²·s·Pa）,O₂/N₂的分离系数则提高到3.1 2.     

氢化TiO2包覆核壳C/Fe3O4@rGO锂离子电池阳极材料

通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO₂包覆核壳结构C/Fe₃O₄@rGO(H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO₂在Li⁺脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%,可缓解Fe₃O₄在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO₂较低的电导率(约1×10^-12 S·m^-1)。H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO在0.3 A·g^-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下循环700周次的比容量为505...     

溶剂对FTO薄膜的结构和光电性能的影响

采用喷雾热解法(SPD),分别使用甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和去离子水作为溶剂制备F掺杂的SnO₂(FTO)透明导电薄膜,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四点探针电阻仪、霍尔效应仪和紫外可见分光光度计等手段对薄膜进行测试和表征,研究了溶剂对FTO薄膜结构、形貌和光电性能的影响,研究了溶剂对FTO薄膜结构与光电性能的影响。结果表明：FTO薄膜具有四方相金红石结构;使用不同溶剂制备的薄膜,其表面形貌和颗粒尺寸明显不同;使用甲醇为溶剂制备的FTO薄膜呈现饱满的金字塔状,晶粒尺寸均匀,结构致密,具有最佳的综合光学和电学性能,其电阻率可达4.43×10^-4 Ω·cm,载流子浓度为9.922×10²⁰ cm^-3,品质因数为1.646×10^-2 Ω^-1,可见光区透射比均大于75%。     

笼型聚倍半硅氧烷增韧3层聚酰亚胺薄膜的制备与性能

以3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)-对苯二胺(PDA)/4,4′-二苯醚二胺(ODA)型聚酰亚胺为芯层,将2,2′-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)丙烷(BAPP)-BPDA型聚酰胺酸涂覆于芯层的上、下表面并热亚胺化得到3层聚酰亚胺薄膜。为提高3层聚酰亚胺薄膜的韧性,将降冰片烯二酸酐-马来酰亚胺基七异丁基聚倍半硅氧烷交替共聚物(poly(MIPOSS-alt-NA))作为BPDA的共单体引入到上、下表层的热塑性聚酰亚胺中。结果表明,当poly(MIPOSS-alt-NA)的质量分数为6.0%时,3层聚酰亚胺薄膜的断裂伸长率从7.2%提高到14.5%,热膨胀系数则从27.0×10^-6 K^-1降低至23.6×10^-6 K^-1,与铜箔制备的柔性覆铜板剥离强度达到12.0 N/cm,针对拉伸断面电镜照片的变化对增韧机理进行了分析。     

热电材料CoSi和CrSi_2的晶格热膨胀性

利用动态高温X射线衍射技术分别对立方CoSi和六方CrSi2化合物在298~973 K温度范围内的晶格热膨胀性进行了研究。结果表明:化合物CoSi的点阵参数随温度升高呈线性增长关系,其平均线热膨胀系数aα和平均体热膨胀系数αV分别为1.14×10-5K-1和3.42×10-5K-1,两者之间符合立方晶系关系式,即3αa=αV;化合物CrSi2的点阵参数随温度升高而显著增大,其中沿a轴和c轴的平均线热膨胀系数及平均体热膨胀系数分别为αa=0.96×10-5K-1,cα=0.73×10-6K-1和αV=2.45×10-5K-1,三者之间符合六方晶系关系式,即2αa+cα=αV;化合物CrSi2沿a轴方向的线热膨胀系数远大于沿c轴方向的,呈较强的各向异性。     

钼铜复合粉末的致密化及性能

对微波辅助法制备的钼铜复合粉末进行压制烧结,研究其致密化行为及复合材料性能。结果表明:烧结温度是控制钼铜复合材料成分、微观组织及综合性能的关键因素。1100℃下烧结的钼铜复合材料Cu含量最接近设计含量,过高的烧结温度将引起铜的损耗。在较低的烧结温度下(≤1100℃),复合材料的力学性能和物理性能随温度的升高而升高,但是过高的烧结温度(1200℃)会引起铜相的大量损失及颗粒异常长大,从而导致复合材料密度、硬度、导电率及导热率的降低。通过优化实验参数,1100℃下的复合材料具有理想的微观结构,铜相损失较少,复合材料成分接近设计成分,钼铜两相分散较为均匀,力学性能及物理性能优异,复合材料的密度、硬度、抗弯强度、电导率及热导率分别为9.79g/cm^3,229.1HV,837.76MPa,24.97×10~6S·m^-1和176.57W·m^-1·K^-1。     

微波烧结、真空压力浸渗制备SiCp/Al电子封装材料

选用W10与W63两种SiC粉末,采用高、低温粘结剂配合,模压成型,750℃微波烧结,制备出体积分数为70.28%的SiC预制件,真空压力浸渗6063Al合金熔液,得到SiCp/Al复合材料.结果表明:复合材料XRD图谱中未出现明显的Al4C3界面相和SiO2杂相;致密度高;100℃时的热膨胀系数为7.239×10-6K-1;常温下热导率为160.42/W(m.K)-1;4mm×3mm×30mm规格样品的最大弯曲载荷为282N,弯曲位移为0.29mm左右;综合性能优良,是优异的电子封装材料.     

放电等离子烧结制备高导热SiC_P/Al电子封装材料

为了满足电子封装材料越来越高的性能要求,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了SiCP/Al复合材料。研究了烧结温度和保温时间等工艺条件对SiCP/Al复合材料组织形貌和性能的影响。结果表明:采用SPS烧结,温度为700℃、保温时间为5 min时,所制备的70 vol%SiCP/Al复合材料热导率达到195.5 W(m.K)-1,与传统15%W-Cu合金相当,是Kovar合金的10倍,但密度小,仅为3.0 g.cm-3;其热膨胀系数为6.8×10-6K-1,与基板材料热膨胀系数接近;抗弯强度为410 MPa,抗拉强度为190 MPa,达到了电子封装材料对热学性能和力学性能的要求。     

三维针刺C/SiC刹车材料的热物理性能

通过化学气相渗透(CVI)法结合反应熔体浸渗(RMI)法制备了三维针刺C/SiC刹车材料, 系统研究了三维针刺C/SiC刹车材料的热物理性能。结果表明: C/SiC刹车材料的热膨胀系数随温度升高总体呈增大趋势, 但呈规律性波动; 在相同温度下, 垂直于摩擦面方向的热膨胀系数远大于平行方向的。从室温至1300 ℃, 平行和垂直于摩擦面方向的平均热膨胀系数分别为1.75×10-6K-1和4.41×10-6K-1; C/SiC刹车材料的比定压热容随温度的升高而增大, 但增大速率逐渐减小。温度从100 ℃升到1400 ℃, 其比定压热容从1.41 J/(g·K) 增大到1.92 J/(g·K); C/SiC刹车材料的热扩散率随温度的升高而降低, 并趋于常量。平行于摩擦面方向的热扩散率明显大于垂直于摩擦面方向的热扩散率。      

Effect of SiC Particulates on the Microstructure of Al-6Ti-6Nb Matrix Composites Fabricated by Mechanical Alloying Technique

Millimeter sized SiC (m-SiCp) and nanometer sized SiC (n-SiCp) particulates reinforced Al-6Ti-6Nb matrix composites were prepared by mechanical alloying (MA) and later hot-press sintering. Their microstructure was investigated to know the influence of the incorporated SiC particles. The secondary Al3Ti, AlNb2 intermetallics particle size, the Al matrix grain size and their submicrostructure are strongly affected, and they are correlated with the thermal stability of the composites.     

材料在真空环境下放气的测试技术研究

往真空材料放气率测试装置上对金属材料的放气特性进行了实验研究,实验采用的方法为静态升压法、固定流导法、双通道气路转换法。实验结果表明,测试装置的极限真空度为9．2×10^-9Pa,铜、铝合金2A12、304不锈钢三种材料半小时后的放气率分别为2．34×10^-8a·m^3·s^-1·cm^-2、1．83×10^-9Pa·m^3·s^-1·cm^-2、8．48×10^-11Pa·m^3·s^-1·cm^-2。利用四极质谱计测得装置的本底气体成分主要有H2、N2／CO、H2O和CO2,材料放出的气体成分主要有N2／CO、H2O。三种方法测试得到的铜金属材料的放气率随着温度的升高而小断增大。     

喷射共沉积Al-4. 7Cu-1. 73M g/S iCP复合材料的界面微结构和性能

采用TEM 技术分析了喷射共沉积态及挤压态Al-4. 7Cu-1. 73M g/SiC_P复合材料的微观结构及SiC_P 与α-A l 基体等的界面结构, 同时测定了喷射共沉积+ 挤压+ T 6 处理态下该材料的力学性能及耐磨性能。      

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.