气相生长碳纤维/中间相沥青碳碳复合材料制备及性能研究

以中间相沥青(MP)为基体,气相生长碳纤维(VGCF)为增强体,通过低温热模压成型,炭化、石墨化制备了不同VGCF含量的VGCF/MP碳碳复合材料。对样品的形貌进行表征并对不同VGCF含量制得的碳碳复合材料的各项性能进行测试,探究材料微观结构与其抗弯强度、电阻率和导热系数之间的关系。结果表明:随着VGCF含量的增加,复合材料的导电性能和抗弯强度先增大后减小,当VGCF含量为50%(wt,质量分数)时,密度高达1.6g/cm3,弯曲模量达到12.0GPa,抗弯强度为77.5MPa,电阻率最低为0.59×10-5Ω·m,导热系数最大为113.87W/(m·℃)。     

碳/碳复合材料基体用中间相沥青

中间相沥青具有高残碳率、高密度、低的密度变化及易石墨化等优点 ,是较理想的碳 /碳 (C/C)复合材料基体前驱体。本文从 C/ C复合材料制备工艺的角度 ,阐述了制备 C/ C复合材料用的中间相沥青的主要特性 ,其中包括中间相沥青的流动性、在碳化过程中的稳定化、微观结构以及中间相沥青基 C/ C复合材料的界面结构。     

一维高导热C/C复合材料的制备研究

以三种沥青作为基体前驱体, 实验室自制的AR中间相沥青基纤维为增强体, 通过500℃热压成型, 随后经炭化和石墨化处理制备出一维炭/炭(C/C)复合材料。研究了前驱体沥青种类和热处理温度对复合材料导热性能的影响, 并采用扫描电子显微镜和偏光显微镜对其石墨化样品的形貌和微观结构进行表征。结果表明; C/C复合材料在沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率均随热处理温度的升高而逐渐增大; 由AR沥青作为基体前驱体所制备的C/C复合材料具有更加明显的沿纤维轴向取向的石墨层状结构以及最好的导热性能, 其3000℃石墨化样品沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率分别达到594.5 mm²/s和734.4 W/(m·K)。     

高温煤沥青不同组分中间相形成过程

通过对高温煤沥青分级萃取获得了以下几种组分:正庚烷可溶物(HS)、正庚烷不溶甲苯可溶物(HI-TS)、甲苯不溶吡啶可溶物(TI-PS)及吡啶不溶物组分(PI),分别以HS、HI-TS和TI-PS组分为原料,采用直接热缩聚法,制备了中间相沥青。通过偏光显微镜观察,四氢呋喃提取中间相等方法对合成的中间相沥青进行结构表征和中间相含量分析。结果表明:当反应温度为400～460℃时,HS组分趋向于生成区域型光学结构的中间相沥青,而HI-TS,TI-PS组分则会随着反应温度、恒温时间的增加,生成流线型或镶嵌型中间相结构,且中间相含量均在90%以上。     

添加Al对MSI制备C/C-SiC复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈( PAN) 基炭纤维(Cf ) 针刺整体毡为预制体, 用化学气相渗透(CVI) 法制备炭纤维增强炭基体(C/ C) 的多孔坯体, 采用熔融渗硅(MSI) 法制备C/ C-SiC 复合材料, 研究了渗剂中添加Al 对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明: C/ C 坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC 相、C 相及残留Si 相。随着渗剂中Al 量的增加, 材料组成相中的Al 相也增加而其它相减少; SiC 主要分布在炭纤维周围, 残留Si 相分布在远离炭纤维处, 而此处几乎不含Al ; 当渗剂中Al 量由0 增加到10 %时, 复合材料的抗弯强度由116. 7 MPa 增加到175. 4 MPa , 提高了50. 3 % , 断裂韧性由5. 8 MPa·m1/2增加到8. 6 MPa·m1/2 , 提高了48. 2 %。Al 相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。      

石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料的性能研究

以鳞片石墨为原料采用Hummers法制备氧化石墨烯。以石墨烯掺杂的气相生长碳纤维(VGCF)、中间相沥青(MP)为原料,经低温热模压、炭化、石墨化处理制备高强度、高密度的石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料。采用扫描电子显微镜来观察样品的微观形貌;通过强力机、四探针测试仪等表征复合材料的性能。结果表明,随着石墨烯掺杂量的增加,复合材料的抗弯强度及导电性能先增大后减小。当石墨烯掺杂比例为9.09%时,炭化后复合材料的密度为1.646g/cm~3,抗弯强度为85.7MPa,电阻率为1.27×10~(-5)Ω·m。     

C/C泡沫预制体液相硅浸渗制备C/SiC复合材料研究

以中间相沥青浸渍整体碳毡发泡技术制备的一种新型多孔C/C泡沫复合材料为预制体,通过液相硅浸渗(LSI)工艺制备了C/SiC复合材料,研究了预制体不同孔隙率对Si浸渗及C/SiC复合材料力学性能和微观形貌的影响,分析了复合材料的物相组成和晶体结构.结果表明,采用发泡技术可以快速有效地实现C/C预制体的致密化处理.预制体孔隙率为65.41%时液相硅浸渗处理后所得复合材料性能最好,密度为2.64g/cm3,弯曲强度为137MPa,弹性模量为150GPa.纤维未作表面抗硅化涂层处理以及复合材料中存在闭孔是C/SiC复合材料性能不佳的主要原因.     

沥青过渡层对C/C复合材料力学性能的影响

在2D碳／碳（C／C）复合材料的碳纤维与基体热解碳间引入中间相沥青做过渡层，研究了中间相沥青的引入对C／C复合材料力学性能的影响．结果表明，与没有过渡层，普通沥青做过渡层、中间相沥青做过渡层的三类C／C复合材料比较．采用沥青做过渡层可以提高复合材料的力学性能，采用中间相沥青做过渡层制备的C／C复合材料的弯曲强度比采用普通沥青做过渡层提高44％，剪切强度提高15％．中间相沥青的引入可以使碳纤维束间和束内的结合强度不同，从而使基体断裂产生的裂纹扩散时发生偏转，复合材料的强度和韧性同时得到提高．     

氧化处理对MCMB为基体的C/C复合材料性能的影响

以自烧结性中间相沥青炭微球(MCMB)为基体,以沥青基磨碎炭纤维为增强体,采用简单的氧化处理、混合、热压成型、炭化等工艺一步制备C/C复合材料。研究了MCMB氧化处理深度对C/C复合材料的密度、失重、体积收缩率、弯曲强度及断面形态的影响。结果表明:C/C复合材料的密度和体积收缩率均较无炭纤维添加的炭块有所下降,当添加的炭纤维氧化程度足够深时,炭材料的抗弯强度得到明显提高;随着MCMB氧化时间的延长,C/C复合材料的断面逐渐变得平整;经250℃氧化60 min的MCMB与硝酸90℃氧化10h的炭纤维混合,热压成型后1000℃炭化1h得到的C/C复合材料的密度可达1.64 g/cm3,抗弯强度可达72.0 MPa。与现行的制备C/C复合材料的方法相比,本技术具有工艺简单、制备成本低廉等特点,是一种具有很大发展潜力的制备高性能C/C复合材料的新方法。      

将整体中间相作基体的C／C复合材料的试制

(I)在制造高强度碳纤维增强碳复合材料(C/C复合材料)时,作为基体,要求与纤维成型时粘度低,碳化收率高。为民希望采用比碳化收率低的酚树脂更好的沥青类物质。在14次年会上报导了用煤系中间相沥青作基体的薄板法将纤维单向排到试制C/C     

C32C60C180、C60@C180富勒烯分子的压缩力学特性

采用Tersoff-Brenner势与L—J势的分子动力学方法，研究了双石墨层作用下C32、C60、C180以及C60@C180富勒烯分子的压缩力学特性。根据计算结果，讨论了几种富勒烯压缩过程中的变形、能量、压缩栽荷等的变化及其差异。研究表明，由于分子几何构形上的差异，压缩时，C180出现了明显的“塌陷”现象，“塌陷”过程中，能量及外载荷一度下降；几种富勒烯压缩时的能量吸收能力排序为：C32〉C60〉C60@C180〉C180，承载能力的排序为：C60@C180〉C180〉C60〉C32。     

热处理对含CSiCTaCC界面C/C复合材料力学性能的影响

以准三维针刺炭纤维毡为预制体, 采用化学气相渗透工艺在预制体中炭纤维/基体炭之间制备C-SiC-TaC-C复合界面, 利用树脂浸渍-炭化工艺对材料进一步增密, 获得含C-SiC-TaC-C界面的C/C复合材料。研究了1400～2500℃不同温度热处理前后复合材料的微观结构和力学性能。结果表明: 热处理前, SiC-TaC界面为管状结构, 复合材料的抗弯强度为241.6 MPa, 以脆性断裂为主; 经1400～1800℃热处理后, TaC界面破坏呈颗粒状, 复合材料的平均抗弯强度下降到238.9～226.1 MPa, 其断裂方式不变, 但断裂位移由0.7 mm增至1.0 mm; 经2000～2500℃热处理后, SiC、 TaC界面均受到破坏, 复合材料平均抗弯强度急剧下降至158.7～131.8 MPa, 断裂方式由脆性断裂转变为假塑性断裂。      

C／C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术,通过改变基体偏压,在单晶Si片和0Cr19Ni9基体表面制备了C/C多层类金刚石薄膜。为了考察多层膜的热稳定性,对薄膜进行了300℃及400℃退火处理,采用X射线光电子能谱、硬度实验及摩擦磨损性能测试分析了退火对薄膜结构及性能的影响。结果表明在400℃范围内多层膜具有较高的热稳定性。     

Spectroscopic Evidence for Anionic Coordination Complexes of the Transition Metals with C70 and the Higher Fullerenes C76, C78, C82, C84, C86, C90, and C92

The carbonylate anions [M(CO)₅]^- (M = Mn, Re), [Co(CO)₄]^-, [CpFe(CO)₂]^-, and [CpM(CO)₃]^- (M = Mo, W) react with C₇₀ via single electron transfer processes to give, respectively, the corresponding 17-electron, metal-centered radicals Co(CO)₄, M(CO)₅ (M = Mn, Re), CpFe(CO)₂, and CpM(CO)₃ (M = Mo, W) in addition to the radical anion C₇₀^-. In secondary thermal or photochemical processes, the metal-centered radicals Co(CO)₄ and M(CO)₅ (M = Mn, Re) combine with the C₇₀^- to form the new η²-C₇₀ complexes [Co(CO)₃(η²-C₇₀)]^- and [M(CO)₄(η²-C₇₀)]^-. However, the metal-centered radicals CpM(CO)₃ (M = Mo, W) require photolysis to react with C₇₀^- to form [CpM(CO)₂(η²-C₇₀)]^-, whereas neither thermolysis nor photolysis induces reaction between CpFe(CO)₂ and C₇₀^-. The photochemical reaction of [Mn(CO)₅]^- with a mixture of higher fullerenes known to contain at least C₇₆, C₇₈, C₈₄, C₈₆, and C₉₀ resulted similarly in the formation of the higher fullerene complexes [Mn(CO)₄(η²-C_n)]^- (n = 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, and 98), all identified using electrospray mass spectrometry.     

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

C/C复合材料的无损检测研究

C/C复合材料综合了碳材料优良的高温性能和复合材料优异的力学性能,它既可以作为功能材料,又可以作为高温结构材料使用,是目前唯一可用于2800℃高温的复合材料.无损检测是材料质量与安全保证的可靠手段,作为新型的结构材料,C/C复合材料的无损检测研究具有十分重要的意义.介绍了近年来有关C/C复合材料的无损检测研究的进展情况,并评价了可供C/C复合材料使用的无损检测技术.     

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

C/C材料市场调查分析报告

Ｃ／Ｃ材料具有优良的物理性能,可以代替钢和其它一些材料在尖端领域应用,如飞机和赛车的刹车片、火箭喷管和再入热防护等。Ｃ／Ｃ材料最主要的应用是飞机刹车片,约占总产量的６０％～７０％。飞机刹车市场每年近８亿美元,目前Ｃ／Ｃ占２５％,到２０００年将达到５０％。当Ｃ／Ｃ材料价格大幅度降低时,在很多需要高比强度、高热导、高电导的地方都可以使用。     

Activity of PtSnRh/C nanoparticles for the electrooxidation of C1 and C2 alcohols

A systematic investigation of alcohol adsorption and oxidation on binary and ternary electrocatalysts in acid medium was performed. Binary (PtRh) and ternary (PtRhSn) were prepared by the Pechini modified method on carbon Vulcan XC-72, and different nominal compositions were characterized by energy dispersive X-ray and X-ray diffraction (XRD) techniques. The XRD results showed that the Pt₈₀Rh₂₀/C and Pt₇₀Sn₁₀Rh₂₀/C electrocatalysts consisted of the Pt displaced phase, suggesting the formation of a solid solution between the metals Pt/Rh and Pt/Sn.Electrochemical investigations on these different electrode materials were carried out as a function of the electrocatalyst composition, in acid medium (0.5 mol dm^− 3 H₂SO₄), and in the absence and presence of different alcohols (methanol, ethanol and ethylene glycol). The electrochemical results obtained at room temperature have shown that the Pt₇₀Sn₁₀Rh₂₀/C catalyst display better catalytic activity for alcohol oxidation compared with the binary catalyst.In situ reflectance infrared spectroscopy measurements have shown that the oxidation of alcohols mentioned produced CO₂ at low potentials indicating that the materials synthesized could be used as efficient anodes in the fuel cell applications.     

碳／碳复合材料飞机刹车盘的研制

探索了碳／碳复合飞机刹车材料的制备技术。文中对总体方案进行了细致的分析，确定了稳定可靠的工艺参数，用快速定向扩散新技术通过化学气相沉积法研制了碳／碳复合材料飞机刹车盘。试验表明该复合材料刹车盘只有良好的耐磨损性能。