轴棒法C／C复合材料微观结构及性能分析

采用轴棒法4D预制体、煤沥青为前驱体,经过常压、高压相结合的液相浸渍一炭化的致密工艺,制备出高密度轴棒法C／C复合材料。研究了轴棒法C／C复合材料的微观结构及其对轴向室温、高温（2800℃）拉伸破坏形式的影响。结果表明：轴棒法C／C复合材料轴向增强体采用炭棒,出现了一个特殊的界面,即炭棒与基体的“间隙”,主要原因是炭棒内部结合较强和纤维、基体的热膨胀系数不匹配而引起的;间隙的存在,使得轴棒法C／C复合材料的轴向室温、高温拉伸破坏形式出现较大差异,室温拉伸由于界面结合强度弱而引起的炭棒完整的拔出,未起到纤维应有的增强作用;高温拉伸却由于受热膨胀,间隙愈合,界面结合变强,试样从有效部位断裂,纤维增强作用明显提高。     

预处理温度对轴棒法C/C复合材料高温拉伸强度的影响

采用不同温度预处理的轴棒法4D预制体、煤沥青为前驱体,经过常压、高压相结合的液相浸渍-炭化的致密工艺,制备出高密度轴棒法C/C复合材料,观察了材料的金相结构,测试了材料2 800℃的高温拉伸强度。结果表明:高温预处理对轴棒法C/C复合材料界面性能产生影响,随着预处理温度升高,炭棒与基体之间的间隙越来越大;经过高温预处理的材料的高温拉伸强度远高于未经高温预处理的材料,预处理温度为2 100℃的材料高温拉伸强度相对较高。     

软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料弯曲行为

以z向穿插炭棒、x-y向铺层纤维束法编织的软硬混编4D炭纤维预制体为增强体,采用沥青液相浸渍/炭化法制备了4D-C/C复合材料,研究了材料z向(炭棒方向)高温弯曲行为及损伤机理。结果表明:在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,4D-C/C复合材料z向弯曲强度呈现先增加后减小的趋势,在室温~1 800℃时弯曲强度呈现增加的趋势,1 800℃后随着温度升高弯曲强度开始逐渐降低,但当温度达到2 100℃时其弯曲强度仍比室温下稍高。在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C复合材料z向弯曲断裂应变一直呈增加的趋势,而弯曲弹性模量总体呈减小的趋势。室温下4D-C/C应力-应变曲线几乎为线性关系,高温下4D-C/C复合材料z向弯曲破坏更加趋向于非线性的破坏模式。损伤表征结果表明,随着温度的升高,材料破坏时的最大损伤逐渐增加。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

C/C复合材料高温抗氧化性的研究进展

C／C复合材料高温氧化性限制了其在高温领域的更广泛应用。结合国内外近年关于C／C复合材料高温抗氧化性的研究报道。简要介绍了C／C复合材料氧化机理，从内部保护和外部涂层两个角度总结了今年来抗氧化性能的研究结果，并提出了对C／C复合材料高温抗氧化性研究方向的一些看法。     

中密度穿刺C/C复合材料室温压缩强度分布

本文根据C/C复合材料室温压缩强度实验数据,以二参数Weibull分布为假设分布模型,采用图解法进行参数估计,探讨该复合材料室温压缩强度分布规律,根据Kolmogorov分参数检验,对假设分布进行检验。结果表明,C/C复合材料室温压缩强度可以用二参数Weibull分布模型表征,求解的二参数Weibull分布能很好地预测该材料的室温压缩强度。     

C／C复合材料的工程化致密技术进展

20世纪90年代以来，世界各国均致力于开发C／C复合材料的工程化致密技术，以达到降低成本，拓展民用领域的目的。经过20多年的艰辛攻关，在快速化学气相渗透和新型液相浸渍炭化致密技术方面取得了长足的进步，为拓展C／C复合材料在民用领域的应用，奠定了良好的基础。     

C／C镜筒复合材料的性能研究

镜筒是高分辨率光学望远镜中的重要零件,其选材和加工质量的好坏及刚度直接决定着最终产品的性能。本试验研究了所研制C／C镜筒复合材料的力学、热学性能,分析了体积密度、炭纤维角度变化以及最终工艺状态对c／c复合材料热膨胀系数的影响。研制的C／C复合材料试验件环向拉伸强度≥160MPa,-40E～60℃线膨胀系数仅为-0．09×10^-6 ／K,在满足各项性能指标要求的基础上,成功通过正弦、脉冲振动、动力冲击、真空出气性、光反射等一系列试验考核。     

针刺C/C复合材料拉伸性能和韧性的研究进展

综述了近年来国内外针刺C／C复合材料拉伸性能和韧性研究进展,归纳了影响针刺C／C复合材料拉伸性能和韧性的主要因素,即炭纤维、炭基体、界面和针刺工艺参数等,初步得到了提高材料拉伸性能和韧性的方法：提高针刺C／C材料拉伸性能的方法主要是提高纤维体积分数;提高针刺C／C材料韧性的方法主要是改善致密工艺。在此基础上,对未来的进一步研究进行展望。     

酚醛炭基C／C复合滑板材料的催化石墨化及其性能研究

通过溶剂分散法在酚醛树脂浸渍剂中引入催化剂,采用多次液相浸渍-炭化增密和催化石墨化处理的方法,制备出密度为1．60g·cm^-3左右、石墨化度大于77％的酚醛炭基C／C复合材料。对比考察了催化剂的引入和催化剂种类对酚醛炭基C／C复合材料石墨化度、电阻率、抗折强度和摩擦磨损性能的影响,探讨了酚醛炭基C／C复合材料用作受电弓滑板材料的可能性。结果表明：硼酸或二茂铁等催化剂的引入可显著提高酚醛炭基C／C复合材料的石墨化度,降低其电阻率和摩擦系数,改善其弯曲断裂韧性;添加硼酸催化剂的酚醛炭基C／C复合材料的导电性、抗折强度和摩擦磨损性能明显优于德国纯炭整体滑板材料,可望用作高速电力机车的受电弓滑板材料。     

The effect of pyrolysis on the mechanical properties and microstructure of carbon fiber-reinforced and stabilized fiber-reinforced phenolic resins for carbon/carbon composites

Carbon/carbon composites were prepared with phenol-formaldehyde resin, one kind of commercial carbon fiber, and a stabilized fiber that was developed in our laboratory. The effect of pyrolysis on the microstructure, fracture behavior, and flexural strength of the composites during the carbonization process was studied. During the pyrolysis of the composites a chemical reaction at the fiber/resin interface apparently took place. A thermogravimetry (TG) study indicated that the use of stabilized fiber reinforced composites inhibited decomposition reactions and thermal fragmentation in the matrix resin, and reduced the weight loss of the final composites. The X-ray reflection of the resin and the two composites showed a reflection appearing at 2θ ≈ 12° when the samples were carbonized above 600°C. The intensity of this reflection in the composites made with stabilized fiber was higher than that of the composite made with carbon fiber. Because of the formation of strong bonding in the fiber-matrix interface, the composites made with stabilized fiber showed catastrophic failure and low flexural strength below carbonization temperatures of 600°C. Above 600°C, the flexural strength of the composites increased with an increase in the carbonization temperatures, even if the fracture behaviors showed catastrophic failure. The flexural strength of the composites made with carbon fiber showed pseudo-plastic patterns and debonding with very little fiber pullout. Above 800°C, these composites showed a catastrophic failure and smooth failure surfaces. During pyrolysis the flexural strength decreased with an increase in the carbonization temperature.     

炭前驱体形态对C/C复合材料导热系数的影响

利用热塑性中间相沥青为黏结剂,短炭纤维.增强体,一步热压成型制备C/C导热复合材料.采用SEM和偏光显微镜观察等分析手段,研究了2∶1,2.5∶1和3∶1三种不同管径比对C/C复合材料的影响.结果表明:通过热压模具空腔结构的改变可以引起炭前驱体挤出形态的变化,使得轴向基体炭有序生长与短炭纤维增强体呈现有序排列,其中间相液晶分子垂直和平行于模压压力方向均排列成纤维状长程有序结构,短切纤维呈现出与压力平行方向排布.当空腔管径比为3:1,轴向导热系数由86.2 W/(m·K)增大至115.5 W/(m· K),各向异性比由1.6减小为1.2.由此所得块体C/C复合材料具有显著的二维取向结构,轴径向导热系数趋于平衡.     

纤维含量对C／C复合材料力学性能的影响

研究了炭纤维含量对C/C复合材料力学性能的影响,用扫描电镜（SEM）对材料的断口进行分析,结果表明：当炭纤维的体积分数小于8.3%时,随着炭纤维体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐升高;之后,随着炭纤维的体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐下降,短纤维增强C/C复合材料的断口特征为大量纤维拔出,其断裂过程为界面破坏所控制。     

涂层工艺对C/C复合材料结构和弯曲性能的影响

采用热处理和包埋工艺制备了Ｃ／Ｃ复合材料的ＭｏＳｉ２／ＳｉＣ抗氧化涂层,对组织结构、界面、弯曲断口进行了显微观察,分析了氧化保护涂层及其工艺对其机械性能的影响,结果表明,该工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面生成涂层的同时,使基材内部的界面也被硅化;并且发现,热解炭基体比炭纤维更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ。Ｃ／Ｃ复合材料经涂层工艺处理后,弯曲强度降低;热处理过程中发生的材料氧化是弯曲强度下降的主要原因     

The effect of pyrolysis on the properties of stabilized PAN fabric reinforced phenolic resins for 2D carbon/carbon composites

Two-dimensional (2D) carbon/carbon composites were prepared with phenol-formaldehyde resin and a commercial stabilized PAN fabric. The effect of pyrolysis on the microstructure and flexural strength of the composites during the carbonization process was studied. The interaction between fabric and matrix inhibited the decomposition and the thermal fragmentation, leading to a higher carbon yield for the final composition. Because of the formation of strong bonding in the fiber/matrix interface, the composites made with stabilized PAN fabric showed catastrophic failure and low flexural strength below carbonization temperatures of 600°C. Above 600°C, the flexural strength of the composites increased with the increase in the carbonization temperatures, even when the fracture behavior showed catastrophic failure.     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。     

Preparation of C/C‐SiC Composites from All‐Cellulose Precursors

All‐cellulose composites (ACCs) are manufactured from high‐performance cellulose fibers and a cellulose‐containing ionic liquid (IL) as matrix‐forming dope via wet‐winding processes, using different concentrations of cellulose in the IL. ACCs are carbonized at 1650 °C and then infiltrated with liquid silicon. Application of a carbonization aid (ammonium dihydrogenphosphate, ADHP) substantially improves the carbon yield after carbonization but also results in the depletion of the mechanical properties of the final carbon/carbon silicon carbide (C/C‐SiC) material. The microstructure of the porous carbon/carbon preforms strongly depends on both the concentration of cellulose in the IL and the concentration of ADHP. A C/C‐SiC composite manufactured from 6 wt% cellulose in the matrix‐forming dope, in the absence of ADHP, has a maximum flexural strength of 60 MPa. New C/C‐SiC composites with different shapes including Z‐profiles and tubes are successfully manufactured from pre‐shaped ACC precursors. These composites keep their shape during carbonization and the final siliconization process step.