多向细编碳／碳复合材料界面力学性能测试与表征

本文用自制装置研究了多向细编Ｃ／Ｃ复合材料纤维束性能，分析了工艺过程的影响。同时用界面微脱粘实验技术研究了Ｃ／Ｃ复合材料界面性能，给出了相应的理论模型和界面应力分布，提出了由界面脱粘力，纤维、基体和复合材料性能表征界面剪切强度的方法，为Ｃ／Ｃ复合材料优化设计提供了定量参数。结果表明：织物结构、织物编织工艺以及织物／基体复合对纤维的强度影响很大，降为原始纤维的２０％左右，对模量影响小。不同界面层次，纤维／基体的界面结合情况和界面剪切强度不同，Ｚ向纤维束中纤维／基体结合好，具有最高的结合强度，ＳＥＭ观察证实有大量基体碳在纤维上枝联。     

碳/碳复合材料纤维束/基体界面强度的表征

为了获得准确表征纤维束界面强度的方法,对影响纤维束界面强度的因素进行了研究.通过顶出方法对纤维束界面强度进行表征,利用SEM和Micro-CT研究了纤维束界面层微结构对纤维束界面强度的影响,并通过有限元分析方法对纤维束界面的断裂行为进行分析.结果表明：在纤维束界面层含有不同程度的脱粘和裂纹缺陷结构,影响了纤维束的界面强...     

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。     

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层. 借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征, 采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律. 结果表明: 制备的多相涂层结构致密, 涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大, 断裂特征由假塑性向脆性转变. 涂层试样经1500℃至室温20次热震后, 涂层试样的弯曲强度降低, 塑性增强.     

微结构对碳/碳复合材料界面性能的影响

通过理论模型和界面顶出实验分析了微观结构对碳/碳复合材料界面性能的影响机制。使用高分辨Micro-CT系统获得C/C复合材料界面的微观结构特征,并对界面的微观结构特征进行统计分析,得到界面微观结构尺度分布的概率密度函数。对C/C复合材料的界面层建立力学分析模型,计算获得C/C复合材料界面力学性能,在计算过程中引入界面微观结构的随机性统计分布,获得C/C复合材料界面力学性能的分布规律。设计纤维束顶出实验,测试分析C/C复合材料的界面力学性能。将力学分析模型的计算结果与界面顶出实验获得的实验结果进行对比分析,表明通过模型计算获得的界面性能的均值和离散度与实验获得的结果具有较好的一致性。      

三维编织碳／碳复合材料高温力学性能的测试与预报

用快速通电加热测试技术研究了细编穿刺３ＤＣ／Ｃ复合材料在２８００℃时的位伸性能，把碳纤维和基体的性能作为已知参数，选取适当细观代表性单胞，利用细观力学和三维有限无方法预报共高温弹性模量，分析了织物结构参数的影响，其随温度的变化规律与实测结果吻合。     

纤维增强复合材料界面力学性能表征技术研究进展

界面是复合材料极为重要的微结构,复合材料的综合力学性能很大程度上取决于纤维与基体之间的界面黏结性能。准确地评价纤维与基体间界面结合情况,进而对界面进行优化设计与调控,是制备高性能复合材料的关键之一,复合材料界面力学性能表征技术也因此备受关注。从微观和宏观两个方面详细阐述了纤维增强复合材料界面力学性能的表征方法,并分析对比了两类表征方法的优缺点,对开发新型复合材料界面力学性能表征方法及实验仪器具有重要的指导作用。     

顶出法对细编穿刺碳/碳复合材料界面强度的研究

研制了一套表征碳／碳（Ｃ／Ｃ） 复合材料界面力学性能的单丝顶出测试系统, 实现了对碳纤维的单丝顶出测试。利用该仪器测定了不同工艺条件下制备的几组Ｃ／Ｃ复合材料样品的界面粘接性能, 研究了界面剪切强度和复合材料拉伸强度之间的关系     

顶出法对细编穿剌碳／碳复合材料界面强度的研究

研制了一套表征碳／碳（Ｃ／Ｃ）复合材料界面力学性能的单丝顶出测试系统,实现了对碳纤维的单丝顶出测试。利用该仪器测定了不同工艺条件下制备的几组Ｃ／Ｃ复合材料样品的界面粘接性能,研究了界面剪切强度和复合材料拉伸强度之间的关系。     

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．     

细编穿刺C/C 复合材料不同层次界面特性研究

针对细编穿刺C/C 复合材料中单丝/碳基体和纤维束/碳基体不同层次界面结构特性, 分别设计、建立了表征这两个层次界面结合性能的原位顶出仪, 并将界面结合性能与C/C 复合材料层间剪切强度测试进行了比较。利用该原位技术, 研究了不同工艺参数条件下C/C 复合材料这两个层次界面结合性能的关系, 并讨论了它们对C/C 复合材料拉伸强度的影响。表明: 本文中所建立的单纤维和整束纤维顶出技术可用于定量表征C/C 复合材料的不同层次界面粘合性能。不同层次界面结合状态在一定程度上对材料宏观力学性能的影响是不同的。     

细编穿刺C/C复合材料不同层次界面剪切强度的测试分析

利用原位测试系统得到细编穿剌C/C复合材料纤维／基体及纤维束／基体两种不同层次界面的顶出实验数据,然后利用界面弹簧模型对纤维及纤维束的顶出实验过程进行有限元法计算机模拟,编制了分析程序,得到了不同层次界面的剪切强度值。     

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。     

聚合物/碳纳米管复合材料研究进展

聚合物／碳纳米管复合材料近年来引起人们广泛的关注。本文综述了聚合物／碳纳米管复合材料的研究进展，重点介绍了聚合物／碳纳米管复合材料的类型、制备方法及力学、电学和光学性能等。     

炭纤维增强明胶复合材料的性能研究

制备了不同形式炭纤维增强的明胶复合材料,对不同复合材料的力学性能进行了测量与分析,并对复合材料的拉伸断口进行了观察,研究表明,长炭纤维增强明胶（CL/Gel)复合材料具有最高的拉伸强度,剪切强度和模量,而炭纤维毡增强明胶（CF/Gel)复合材料因内部存在较多的孔隙使其力学性能最差,因此,炭纤维毡不能用于增强明胶材料,由于纺织炭纤维布增强明胶（Cw/Gel)复合材料的纤维维束内亦有孔隙,炭纤维布的增强效果不及长炭纤维。     

C/C 复合材料增强体结构对性能影响的研究

研究了四种C/C 复合材料增强体(1K 碳布、3K 碳布、1K 碳布+ 碳纸、1K 碳布+ 特殊碳毡) 结构对弯曲性能的影响。结果表明: 用这四种增强体制备的C/C 复合材料表现出明显的假塑性, 弯曲断口的宏观形貌呈“之”字形, 其总体力学性能良好, 但也具有较大差异。本文作者结合材料的微观形貌对这些特点的成因进行了分析。      

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料

碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性,是制备复合材料的理想形式。评述了目前碳纳米管复合材料的制备及其应用研究的动态。用化学镀方法制备的镍基碳纳米管复合镀层比传统的复合镀层具有更高的耐磨性能,结构为非晶态。讨论了复合镀制备金属基碳纳米管复合镀层的优越性及应用。用原位聚合法合成了导电聚苯胺-碳纳米管的复合材料,可以作为电池和电化学超级电容器的电极材料。      

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。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。