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。     

两种不同界面结合强度碳/铝复合材料的内耗特性

本文研究了两种不同界面结合强度的碳/铝复合材料经不同次数加载热循环处理后的内耗值及内耗机制。弱界面结合的C/L2复合材料的内耗值变化主要由界面脱粘引起,而强界面结合的C/LD2复合材料的内耗值变化主要由位错运动所致。     

碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟

基于热解碳沉积的Particle-Filler（P-F）概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论,提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制,实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模,并采用Gibbs系综Monte Carlo （MC）方法对化学气相渗透（CVI）工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟。研究表明：由于气相中小的芳香烃组分C₆的吸附比线性小分子烃组分C₂的吸附更容易受到抑制,因而限制了沉积表面的P-F双分子反应;随C₆与C₂浓度比值R的变化,热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布,导致了2种不同的亚稳相碳即中织构（MT）和高织构（HT）热解碳的生成,并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面。进一步的计算表明：热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域,其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C₂的初始浓度及沉积温度T的影响;为了得到均一织构的热解碳,应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数。     

连续纤维增韧碳化硅基复合材料内耗特征及机制

采用强迫振动法研究了不同应变振幅下C/SiC和SiC/SiC复合材料从室温到600℃的内耗特征,并讨论了其内耗产生机制.结果表明,C/SiC复合材料内耗随温度升高先减小, 后增加,并在120℃附近达到最小值;SiC/SiC复合材料内耗随温度升高一直增加;C/SiC 复合材料具有比SiC/SiC复合材料更高的内耗水平和更低的动态模量;C/SiC和SiC/SiC复合材料内耗随应变振幅增加而减小,但动态模量和应变振幅无关.     

热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料性能的影响EI北大核心

通过化学气相渗透和浸渍-固化成型工艺制备碳/碳-聚酰亚胺复合材料。首先采用化学气相渗透法对碳毡进行热解碳的沉积,制得热解碳含量分别在7.33%(质量分数,下同),14.55%,22.00%的多孔碳/碳坯体,再经过特定的浸渍-固化工艺,依次制得碳/碳-聚酰亚胺复合材料P1,P2,P3以及未添加热解碳的对照组P0。通过SEM、线膨胀系数测试和力学性能测试,探究不同热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料微观形貌结构、平均线膨胀系数以及力学性能的影响。结果表明:在20~300℃的温度区间,P0,P1,P2,P3的XY向平均线膨胀系数在(0.67~0.79)×10^(-6)℃^(-1)之间,四组XY向平均线膨胀系数基本相当。P1,P2,P3的Z向平均线膨胀系数较P0依次降低41.6%,41.8%,24.1%,热解碳显著降低了材料的Z向平均线膨胀系数。P0,P1,P2,P3的XY向压缩强度依次是243.91,244.73,216.65,210.79 MPa,Z向压缩强度依次是269.22,258.80,246.68,219.20 MPa,P1压缩强度与P0相当。P0,P1,P2,P3的Z向弯曲强度依次是92.77,77.11,80.71,86.06 MPa。不同的热解碳含量对材料的力学性能影响不同,较低的热解碳含量基本保持了材料的压缩强度,而较高的热解碳含量可基本保持材料的弯曲强度。     

碳/碳复合材料CVI工艺中热解碳形成机理的研究

对碳碳复合材料CVI或（CVD）工艺中热碳组织的类型，沉积机理等研究情况进行了简要的综述，并对其进一步研究提出了相应观点。     

快速致密C/C复合材料中的热解碳形貌与沉积机理

采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对煤油、汽油、柴油和环已烷四种液烃前驱体的热解碳分析表明：热解碳的石墨化能力依次为煤油＞柴油＞汽油＞环已烷热解碳。热解碳的沉积按“成核－增长”机理有序进行,碳纤维、碳黑粒子都是有效籽核而促成碳的沉积。     

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。     

高阻尼6061Al/SiCp/Gr复合材料中的内耗峰及其阻尼机制

采用喷射共沉积方法制备了 60 61Al SiCp Gr混杂金属基复合材料 (MMC) ,研究了其阻尼性能。结果表明 :该材料在 15 0℃附近有一温度内耗峰 ,且随频率增加该峰峰位向高温移动 ,峰高降低。通过Arrhenius方程测得内耗峰的激活能为 1 17eV。分析认为 ,该峰具有弛豫特性 ,它是在热与应力的双重作用下 ,有位错拖曳点缺陷运动所致 ,符合位错诱生阻尼机制     

碳毡/铜复合材料的摩擦磨损特性研究

本文研究了用电沉积法制备的碳毡/铜复合材料的摩擦磨损特性。研究结果表明,在干摩擦条件下,复合材料的耐磨性主要与摩擦副间维持连续有效碳膜时间的长短有关,该时间取决于碳毡纤维的体积分数。在油润滑条件下,碳毡/铜复合材料的耐磨性与复合材料的硬度及纤维弯曲和破断所消耗能量的多少有关。在这两种条件下,复合材料的耐磨性均明显优于常用耐磨铜合金ZQSn6-6-3.     

酚醛树脂前驱体C／C复合材料研究——硼酚醛树脂理化性能分析及固化、热解过程研究

以二维渐开线型C/C扩张段为应用背景,比较了硼酚醛与其它耐烧蚀酚醛（钡酚醛、氨醛等）的主要理化性能,分析了硼酚醛树脂固化、裂解过程,探讨了面料布/硼酚醛复合材料的固化、后固化、炭化工艺,并以硼酚醛为基体前驱体制作了二维平板C/C及二维渐开线型小C/C扩张段,平板状C/C在炭化过程中无分层,力学性能较高;二维C/C扩张段通过工艺优化解决了分层问题,环向拉伸强度可达45MPa以上,实验结果说明硼酚醛树脂可用于二维渐开线型C/C扩张段的制造。     

沥青基炭／炭复合材料的弯曲断裂特征

以1KPAN基高强度炭纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体,采用压力浸渍－炭化工艺制备出了不同密度二维沥青基炭／炭复合材料。经过对复合材料试样进行的弯曲试验表明,其弯曲断裂特征与材料密度具有密切的联系。根据弯曲强度－位移曲线,高密度复合材料表现为脆性断裂,而低密度复合材料表现为韧性断裂。从弯曲断面的SEM图片来看,脆性断裂时的断面比较平整,韧性断裂时断面上有大量炭纤维拔出。炭／炭复合材料的断裂破坏过程实质上就是基体裂纹在材料内的扩展过程,其扩展的途径与界面结合状况有关。裂纹沿界面的扩展将引起基体与纤维的脱粘,脱粘又导致纤维与基体之间的相对滑动,这种相对滑动将吸收相当一部分能量,从而可以延缓材料的断裂过程,起到韧化作用。     

铁基合金中氢致冷加工内耗峰

用声频内耗方法研究了 Fe—0.5C,Fe—0.5Ti 和 Fe—0.5C—0.5Ti 合金中的氢致冷加工内耗峰(H—CWP)。确定了不同合金中 H—CWP 的特征及其激活能以及氢与位错的结合能。对合金元素对 H—CWP 以及氢与位错的交互作用的影响进行了讨论。     

Ti—H 合金的相变内耗

用低频(0.5—1Hz)内耗法研究了 Ti-H(0.1—1.1wt-%H)合金的相变内耗。结果表明:(1)高氢钛合金(0.8—1.1wt-%)在升、降温过程中分别于325,225℃出现内耗峰,它们与 Ti-H 合金的共析相变有关。(2)低氢钛合金(0.12wt-%)的内耗峰在共析温度以下出现。(3)中等氢含量(0.44wt-%)的钛合金降温时的内耗峰可分解为双峰,与共析沉淀和氢化物从过饱和α相中的沉淀有关。借助于差热分析实验,讨论了上述内耗峰产生的可能机制。     

碳纤维/芳纶浆粕摩阻复合材料初步研究

以丁睛橡胶改性酚醛树脂为基体,以碳纤维和芳纶浆粕为增强材料,研究了组分含量不同时的摩擦磨损性能。通过试验揭示了组分含量对摩擦磨损性能影响的规律,同时优化了具有良好耐热性、冲击韧性和摩擦性能新型无石棉摩阻复合材料的组分含量。      

Fe-Ni-C合金中珠光体、贝氏体及马氏体的相变内耗

通过研究三种 Fe-Ni-C 合金中珠光体、贝氏体及马氏体的低频相变内耗,发现马氏体相变内耗遵守相界面位错的静滞后损耗机制,珠光体和贝氏体相变内耗不遵守这种机制。在频率基本不变时,随着冷却速度的增加珠光体和贝氏体的相变内耗峰增高,峰温降低,且 Q(?)和(?)/fm 件·T_m 呈正比线性关系;频率增加时,珠光体和贝氏体的内耗峰明显降低,峰温上串。在连续冷却条下,Fe-Ni-C 合金中开始珠光体及贝氏体相变时并不存在点阵软化现象。     

PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料内耗行为的研究

本工作利用内耗测量方法研究了PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料的相容性以及多重转变和松弛行为,结果表明:(1)PPS与PES存在分子运动水平上的相互作用,共混组份比是决定其相互作用程度的重要因素;(2)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料中的PES相的β转变与松弛的时间存在较宽的连续分布,其分布宽度随共混组份比变化而变化,当PES相对含量为80%时,松弛时间分布宽度出现最大值;(3)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料处于热力学亚稳态,热处理增大了PPS与PES的相分离程度,减弱了它们之间的相互作用;(4)低温区热历史对PPS玻璃化转变有较大影响,内耗峰高及峰温随起始测量温度的升高而下降。     

C／C复合材料的显微结构及其与工艺、性能的关系

对化学气相渗透（CVI）C／C复合材料在偏振光下的显微结构（偏光显微结构）类型、结构的形貌特征及对应炭的基本物理性能、材料的制备工艺参数－结构－性能之间的关系进行了综述。C／C复合材料具有三种基本偏光显微结构,即RL、SL和ISO。这三种基本偏光结构的炭对应于不同的形貌特征,可从消光十字形、旋光性、光学反射性、生长特征、表面织构、择优取向性和环形裂纹等特征将其分辨出来。工艺参数对沉积炭偏光显微结构的影响没有一成不变的规律可循,影响因素除了温度、压力、气体成分、气体流速外,还与炉子的几何尺寸及试样的堆积尺寸有关,对不同的CVI体系,都应当摸索出一套适合其运行的最佳工艺参数。C／C复合材料的偏光显微结构与材料的性能有着密切的联系,不同的结构下,材料的物理性能、力学性能和热性能都表现出明显的差异。通过归纳与分析,获得了对C／C复合材料偏光显微结构全面、系统的认识,明确了它在C／C复合材料研究中的重要性,为制备具有单一、均匀偏光显微结构及所需性能的C／C复合材料指明了方向。     

泡沫铝的声频内耗

研究了泡沫Ａｌ的声频内耗，结果表明：泡沫Ａｌ的内耗值比普通Ａｌ大一个量级以上，且随测量频率的增加而减小。出现了正常振幅效应。用平面波动方程，推导了泡沫Ａｌ的内耗与频率，孔隙率和孔径的关系，较好地解释了实验结果。