涂层碳/碳复合材料氧化机理的研究

通过高温等温氧化实验,对自制涂层碳/碳复合材料的氧化机理进行了研究.研究结果表明,涂层碳/碳复合材料的等温氧化可分为4个阶段.氧化初期,涂层的表面开始氧化,氧化失重是一个受氧气和涂层的化学反应控制,表现为氧化增重;氧化中期,氧化失重受玻璃质的形成速度和蒸发速度控制,表现为缓慢的氧化失重,氧化失重与时间的关系为直线型;随后,涂层上出现裂纹的形成和愈合过程,涂层深层被氧化,表现为较快的氧化失重;最后,涂层被局部破坏,基体被部分氧化,氧化失重直线上升.     

碳/碳复合材料氧化及其防护性能研究

采用快速化学气相沉积新技术，在沉积210h后制备出密度为1．77g/cm^3的碳／碳（简称C／C）复合材料，对其氧化动力学进行了研究，发现氧化起始点高达672℃，在氧化线性阶段Arrenius曲线由折点为700℃的两条直线组成，对应的氧化表观活化能分别为80．121kJ/mol。氧化表面动态观察表明，氧化从C／C复合材料表面原有孔隙处开始，而且碳纤维和基本碳同时氧化，最后剩下的是在碳纤维骨架周围分布着的极不均匀的，多孔状沉积碳，并为这种材料研制出了一种氧化防护涂层，该涂层成本低廉，涂刷工艺简单，通过静态空气恒温氧化及热震实验证明，涂层防氧化效果良好，并探讨了氧化防护机理。     

毡基碳/碳复合材料氧化动力学研究

本文研究了不同温度(773～1173K)条件下,毡基碳/碳复合材料的氧化动力学行为,并利用扫描电镜观察分析了不同氧化程度的碳/碳复合材料显微组织。实验结果表明:毡基碳/碳复合材料在各温度下氧化速度均不随时间而变化。在高于和低于873K时,其氧化机制不同,二者的活化能分别为128kJ/mol和96kJ/mol;同时,碳/碳复合材料氧化过程中。碳毡优先氧化,随着氧化过程进行到后期,基体碳氧化程度加剧。另一方面,毡基碳/碳复合材料的氧化速度主要受该材料的表面反应、气体扩散、催化剂等因素的影响。     

A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学研究

本文采用等温氧化实验方法,在800～1000℃、氧分压21.3kPa的条件下研究了A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学行为;借助质谱全元素分析技术研究了杂质催化对其氧化速率的影响,并利用扫描电镜观察分析了氧化反应前后A3-3碳/碳复合材料的表面形貌。研究结果表明:A3-3碳/碳复合材料在氧化时,其氧化速率开始时随氧化失重和氧化时间的增加而迅速增大,然后趋向一个稳定值;其稳定氧化速率为:r=119exp(-15613/RT)mg/cm2·h;此时,其氧化速率不受杂质催化的影响,其抗氧化能力与氧化时间和氧化失重无关;影响A3-3碳/碳复合材料抗氧化能力的主要因素是酚醛树脂炭的抗氧化能力。     

碳/碳复合材料的结构与氧化性能的关系

前言 碳/碳复合材料由于具有出色的耐高温性和能量吸收能力,已成为先进战斗机上重要的刹车盘材料。由于先进战斗机刹车盘在使用中所经受的温度可高达500℃甚至1000℃以上(如终止刹车时),而碳/碳复合材料在500℃以上的氧化性气氛中容易氧化,因而为延长碳/碳刹车盘的使用寿命,一方面要提高碳/碳材料本身的耐氧化能力,另一方面要在刹车盘非磨擦表面涂覆防氧化涂层。 碳/碳复合材料本身的耐氧化性能取决于组成它的纤维与基体的结晶度、晶粒取向度、杂质含量以及复合材料的孔隙率等结构因素。为了评价我国自行研制的碳/碳刹车盘材料,本工作比较了它与已投入应用但结构因素未知的苏制碳/碳刹车盘材料的氧化行为,并分析了结构因素对氧化性能的影响。 一、实验 1.材料 国产碳/碳刹车盘材料(简称GM—C/C),平均密度     

两种抗氧化碳/碳复合材料的高温氧化行为

用恒温热重法测定了表面经化学气相渗 SiC 的碳布层叠和碳毡抗氧化碳/碳复合材料在1300℃、空气中的氧化失重速率,并研究其高温氧化行为。氧化动力学测定结果表明,碳布层叠和碳毡抗氧化碳/碳材料在1300℃空气中1h 的平均氧化失重速率分别为0.024和0.033g/m~2·s。两种材料的氧化失重速率随氧化时间延长而减小。研究表明,材料表面 SiC 涂层中的微裂纹缺陷作为环境中氧的快速扩散通道,使得涂层底部基体的碳发生氧化。在达到稳态后,氧化速率限制过程为反应气体和产物气体通过 SiC 涂层底部气体边界层的扩散过程。     

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/碳复合材料的疲劳行为研究

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.本文对近年来碳/碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述,总结出了疲劳行为特点.提出了"界面控制"疲劳机理分析模型,并用此模型合理解释了碳/碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的"疲劳强化"现象.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

毡基碳/碳复合材料的研究

一、序言七十年代初,我国继美国等先进国家之后,开始研究碳/碳复合材料.鉴于我国工业基础薄弱的国情,碳/碳复合材料的坯体多采用碳毡,复合工艺多采用气相沉积和低压浸渍碳化常压石墨化,继中科院山西煤化所、沈阳金属所等单位之后,航天航空部43所开始研究碳/碳复合材料,经过近20年的研究、探索、试验,已将毡坯碳/碳复合材料应用于各种战术、战略型号的固体发动机喉衬.最大尺寸已达φ650以上,在此基础上     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

碳/碳复合材料的研制

用作超高温耐热材料的碳/碳(C/C)复合材料是以碳为基体的碳纤维(Carbon Fiber)增强材料。它兼具碳的惰性和碳纤维的高强度,在温度达3000℃的条件下,仍保持原先的强度。自六十年代初由美国率先开展研究,特别是美、苏将此材料用于宇宙空间的耐热材料以来,实用化研究开发异常活跃,使之成为当今高技术的重要领域,各国都在竞相开发,特别是经济技术发达国家。至今,该材料除已经用于火箭喷嘴、飞机制动刹车片等外,在一般工业部门的应用范围     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究

通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳/碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳/碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2 500℃,600 s烧蚀后烧蚀量仅为碳/碳复合材料的1/5,给出了超高温本体抗氧化碳/碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。     

碳/碳复合材料MoSi2/SiC涂层在动态氧化环境下的性能研究

为了考察MoSi₂/SiC防氧化涂层体系在动态氧化环境下的防护能力,对碳/碳复合材料MoSi₂/SiC涂层试样在1100~1500℃下进行了高温燃气高质流冲刷环境下的氧化试验。结果表明,在1100~1500℃的燃气动态环境下,具有稳定的氧化失重速率,氧化失重曲线近似呈直线关系,氧化失重和氧化失重速率均随着氧化温度的升高而降低,表现出该涂层抗高质流冲刷和氧化的能力随温度的升高而提高,在该温度区间内,随着温度的升高,具有更优异的抗氧化和抗高质流冲刷的能力。     

碳/碳复合材料的应用研究进展

综述了碳/碳(C/C)复合材料的性能及其在各个领域的应用现状.     

碳/碳复合材料的新发展

介绍了国际上 C/ C复合材料发展的新动向。高导热 C/ C复合材料是一个研究热点 ,针刺 (穿刺 ) C/ C制品应用范围在扩大 ,快速低成本 C/ C制造技术在竞相发展。     

碳毡/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用改进的快速通电加热测试技术,模拟碳毡／碳复合材料的超高温工作环境,对其高温下的拉伸、压缩力学性能进行了全面的测试,并计算了材料在不同温度下的抗热应力系数．结果表明,材料的模量和强度在一定范围内随温度的升高而增加．材料的拉伸性能ＸＹ向优于Ｚ向,而压缩性能Ｚ向优于ＸＹ向．材料的抗热震性能随温度升高变化平稳,ＸＹ向的抗热震性能优于Ｚ向．     

混杂碳/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用快速通电加热测试技术,模拟混杂碳/碳复合材料的超高温工作环境,测试了材料不同温度下的拉伸、压缩力学性能,得到了材料的拉伸、压缩强度与模量随温度的变化规律,并给出了相应的拟合曲线。结果表明:材料的强度和模量在一定范围内随温度的升高而增加,在2000 K~2400 K之间达到最大值,当温度超过2700 K后迅速下降。材料轴向的拉伸、压缩性能随温度的变化较横向缓慢,强度的变化范围较模量的小。     

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/碳复合材料防护涂层的抗氧化行为研究

对碳/碳复合材料MoSi₂-SiC 复相陶瓷抗氧化涂层在1650℃以下温度的等温氧化动力学、以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响进行了研究, 阐明了涂层的抗氧化过程及机理。通过对涂层的显微形貌、相组成及成分的观察与分析, 进一步提出了合理的涂层结构。结果表明, 碳/碳复合材料MMoSi₂-SiC 复相陶瓷涂层的抗氧化性能取决于氧在涂层中的扩散过程。