2D-C/SiC复合材料偏轴拉伸力学行为研究

通过对2D-C/SiC复合材料试件进行不同偏轴角度的拉伸实验,研究了偏轴角度对材料拉伸力学特性的影响。通过应变片分别测得了材料加载方向和纤维束方向上的应力-应变行为,对比分析了偏轴角度对上述应力-应变行为的影响;并结合试件断口扫描电镜照片,阐释了纤维束方向上拉伸和剪切损伤间的相互耦合效应。实验结果表明,材料的拉伸模量和强度随偏轴角度的增大出现明显下降;材料纤维束方向上的拉伸损伤和剪切损伤具有显著的相互促进作用。最后,以材料0°拉伸和45°拉伸实验数据为基础,建立了材料的偏轴拉伸应力-应变行为预测模型,模型预测结果与实验结果吻合较好。     

B_4C-SiC/C复合材料高温自愈合抗氧化性能研究 Ⅰ 复合材料恒温氧化行为研究

制备了Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ／Ｃ复合材料，并对其在８００℃，１０００℃，１２００℃的恒温氧化行为进行了考察。在实验基础上，分析了影响其氧化行为的主要因素，并对复合材料的自愈合抗氧化性进行了初步评价。结果表明，复合材料在氧化过程中表现出自愈合抗氧化特性，这种性能依赖于复合材料中的Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ的含量、配比及氧化温度和氧化气氛。经过分析认为，复合材料的自愈合抗氧化性的差异可归因于在氧化条件下，复合材料表面生成陶瓷氧化物Ｂ２Ｏ３与ＳｉＯ２的速率、含量及其物性（粘性、对基体材料的润湿性、挥发性和对氧的扩散系数）的不同。     

涂敷含硼硅玻璃SiC涂层的C/SiC复合材料空气氧化行为

以2D C/SiC复合材料为基底, 采用聚合物裂解工艺(Polymer plyen)制备了含硼硅玻璃SiC自愈合涂层。利用扫描电镜对含硼硅玻璃SiC涂层的2D C/SiC复合材料氧化前后的微结构形貌进行了分析。研究了含硼硅玻璃SiC涂层的C/SiC复合材料在静态空气中700℃、 1000℃和1200℃下的氧化行为, 并分析了涂层层数对C/SiC复合材料氧化行为的影响。结果表明: 含硼硅玻璃SiC涂层在该温度下形成的玻璃相可以较好地封填表面缺陷(裂纹和孔洞); 并且随温度升高及涂层层数增加, 试样在氧化过程中质量减少率降低, 氧化后的强度保持率提高。      

C/SiC复合材料表面Si-C-B自愈合涂层的制备与抗氧化行为

采用化学气相沉积法(CVD)制备单质B和BCx分别对SiC涂层进行改性,在二维碳纤维增强碳化硅(2D C/sic)复合材料表面制备SiC/B/SiC和SiC/BCx/SiC两种多层白愈合涂层,并利用扫描电镜对多层涂层表面和断面进行显微分析. 700°C静态空气条件下氧化结果表明: CVD-B和CVD-BCx改性层氧化后生成的B2O3玻璃相可以较好地封填涂层微裂纹,氧化动力学受氧通过微裂纹和B2O3玻璃层的扩散共同控制;SiC/BCx/SiC-C/SiC复合材料氧化过程中氧化失重率更小,氧化10h后的强度保持率更高.     

SiC-MoSi2涂层C/C复合材料的动态氧化行为研究

C/C复合材料在使用过程中往往经受急冷急热与高温燃气冲刷。为了研究涂层C/C复合材料的动态氧化行为及失效机制,本文对SiC/MoSi_2涂层C/C复合材料试样的全温抗氧化性能以及抗冲刷性能进行测试分析.结果表明:SiC/MoSi_2涂层试样具有良好的高温抗燃气氧化冲刷性能,在经历1 600℃高温燃气冲刷55.5 h,10次室温～1 600℃～室温急冷急热考核后,失重率仅为7.68%;涂层试样在高温风洞中动态氧化失效的原因是位于缺陷氧化最敏感温度处的试样微区的氧化损耗最为严重,导致试样在该微区处的力学性能显著下降,使其无法承受气动载荷而发生断裂.     

2D C/SiC复合材料在1300℃水氧环境下的疲劳行为研究

采用应力比为0．1,频率为3Hz的正弦波分别在室温和1300℃水氧环境对2DC／SiC复合材料进行了拉一拉疲劳试验．结果表明,若取循环基数为10^5,室温和高温水氧环境下的疲劳极限分别为244．8MPa和93．3MPa,高温下的水氧腐蚀是材料失效的主要原因．根据疲劳断口特征分析得出以下结论：在高温水氧环境下,足够大的外载荷将会显著削弱SiO2层的封填裂纹效果,导致氧化性气氛通过外力拉开的微裂纹扩散进入材料内部．外载荷越大,气体在材料内部的扩散越快,复合材料的疲劳寿命越短。     

2D C/SiC复合材料在1300°C水氧环境下的疲劳行为研究

采用应力比为0.1,频率为3Hz的正弦波分别在室温和1300°C水氧环境对2D C/SiC复合材料进行了拉-拉疲劳试验.结果表明,若取循环基数为105,窒温和高温水氧环境下的疲劳极限分别为244.8MPa和93.3MPa,高温下的水氧腐蚀是材料失效的主要原因.根据疲劳断口特征分析得出以下结论:在高温水氧环境下,足够大的外载荷将会显著削弱SiO2层的封填裂纹效果,导致氧化性气氛通过外力拉开的微裂纹扩散进入材料内部.外载荷越大,气体在材料内部的扩散越快,复合材料的疲劳寿命越短.     

C/SiC-(W-C)多元基复合材料的制备与表征

采用化学气相渗透(CVI)结合溶液浸渍法制备C/SiC-(W-C)多元基复合材料,利用XRD,EDS和SEM技术对材料的物相组成及微观结构进行表征,并对W-C基体的形成机理进行了初步探讨.结果表明:W-C不仅分散在纤维束间,还分散在纤维束内.C/SiC-(W-C)复合材料的密度为3.4g/cm3,开气孔率为11%.     

2D-C/C复合材料氧化动力学模型及其氧化机理

用热重法研究了二维炭/炭(2D-C/C)复合材料的等温氧化, 提出了氧化动力学模型, 用SEM观察了样品不同氧化程度的微观形貌, 并探讨了材料的等温氧化机理。氧化分2个阶段: 线性氧化阶段, 氧化失重率小于约65%, 氧化速率处于稳定状态; 非线性氧化阶段, 氧化失重率约大于65%, 氧化速率急剧减小。Arrhenius曲线由折点在800~850℃之间的2条直线组成。线性氧化阶段, 活化能分别为217.2kJ/mol和157.0kJ/mol; 非线性氧化阶段, 反应级数分别为0.55和0.65, 活化能分别为219.3kJ/mol和182.0kJ/mol。通过实验验证, 氧化动力学模型可以较好地预测材料的恒温氧化。氧化从炭纤维与基体炭的界面开始, 基体氧化快于纤维, 氧化后期主要是纤维的氧化。在750~800℃, 氧化为化学反应控制; 在850~905℃, 氧化由化学反应和气体扩散共同控制, 但非线性氧化阶段气体扩散对氧化的贡献小于线性氧化阶段。      

压-压疲劳加载对2D-C/C复合材料导热性能的影响

对二维编织炭/炭复合材料(2D-C/C复合材料)进行压-压疲劳试验,疲劳加载条件分别为应力水平1000 N、2000 N和3000 N,循环周次为10~4、1×10~5、3×10~5次时,并测试其疲劳加载前后试样的导热性能,研究了压-压疲劳加载对其导热性能的影响.结果表明,压-压疲劳加载没有改变2D-C/C复合材料试样的热扩散系数随温度升高而减小以及比热容随温度升高而增大的基本规律,但是压-压疲劳加载使其热导率、热扩散系数随着应力水平和循环周次的增大而降低,而其比热容的变化较小.在压-压疲劳加载过程中,2D-C/C复合材料疲劳损伤的产生和积累导致其导热性能降低.     

[Mo(1-x),Wx]Si2/[Mo(1-x),Wx]5Si3的自蔓延燃烧合成

根据热力学分析,提出了用自蔓延燃烧合成法一次性完成在MoSi2中引入WSi2的同时,又引入足够量Mo5Si3-W5Si3相的设想,并通过实验制备了[Mo0.87,W0.13]Si2/[Mo0.87,W0.13]5Si3复合材料粉体,研究表明,Mo5Si3-W5Si3以固溶体[Mo(1-x),Wx]5Si3的形式存在。     

(C-SiC)f/C复合材料的烧蚀性能

将SiC纤维毡与C纤维毡交替层叠, 通过针刺工艺制备(C-SiC)_f/C预制体, 采用化学气相渗透与前驱体浸渍裂解复合工艺(CVI+PIP)制备(C-SiC)_f/C复合材料, 研究(C-SiC)_f/C复合材料H₂-O₂焰烧蚀性能。利用SEM、EDS和XRD对烧蚀前后材料的微观结构和物相组成进行分析, 探讨材料抗烧蚀机理。结果表明: (C-SiC)_f/C复合材料表现出更优异的耐烧蚀性能。烧蚀750 s后, (C-SiC)_f/C复合材料的线烧蚀率为1.88 μm/s, 质量烧蚀率为2.16 mg/s。与C/C复合材料相比, 其线烧蚀率降低了64.5%, 质量烧蚀率降低了73.5%; SiC纤维毡在烧蚀中心区表面形成的网络状保护膜可以有效抵御高温热流对材料的破坏; 在烧蚀过渡区和烧蚀边缘区形成的熔融SiO₂能够弥合材料的裂纹、孔洞等缺陷, 阻挡氧化性气氛进入材料内部, 使材料表现出优异的抗烧蚀性能。     

2D C/SiC复合材料低速冲击损伤研究

通过2D C/SiC复合材料的低速冲击试验和冲击后压缩试验,以及超声C扫描和红外热波两种无损检测方法,研究了冲击能量与冲击损伤的关系及其对压缩性能的影响.结果表明:C/SiC具有较好的损伤容限能力,冲击能量低于1.5J时几乎无目视损伤,高于9J时有被击穿的趋势.冲击后的名义压缩强度和压缩模量随着冲击能量的增加呈下降趋势,最多分别下降了44.7%和16.9%.     

掺La3+对0.94(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.06BaTiO3陶瓷介电行为和压电性能的影响

对(Bi1／2Na1／2)TiO3-BaTiO3压电陶瓷在准同型相界处的组成掺入不同量的La^3 ，研究掺杂对于体系结构、压电与介电性能的影响．结果表明，掺杂使得体系的弛豫铁电体特征更为明显，相变的弥散程度增大，室温下的介电常数增大；当掺杂量低于1．5％时，材料的d33值增大，但同时介电损耗也相对于基体有所增加．当掺杂量达到3％以后，陶瓷的压电性能严重降低．     

Kinetics of decolorization of an azo dye in UV alone and UV/H(2)O(2) processes

The decolorization of C.I. Acid Red 27 (AR27), a monoazo anionic dye, was studied in the ultraviolet radiation (UV) alone and UV plus hydrogen peroxide (UV/H(2)O(2)) processes. The experimental results indicated that the kinetics of both oxidation processes fit well by pseudo-first order kinetics. The reaction rate was sensitive to the operational parameters and increased with increasing H(2)O(2) concentration and light intensity. The reaction orders of H(2)O(2) concentration and light intensity in both processes were obtained with linear regression method. A regression model was developed for pseudo-first order rate constant (k(ap,UV/H(2)O(2))) as a function of the Cconcentration and UV light intensity. (k(ap,UV/H(2)O(2)))=(2 x 10(-4)I(0.75)(0) + k(3)I(1.38)(0)[H(2)O(2)](n)(0))phi(AR27). As a result of two opposing effects of H(2)O(2) concentration at low and high concentrations, n has a value of 0.49 and -0.39 and k(3) has a value of 3 x 10(-4) and 0.1 for the regions of 0 mg l(-1) < [H(2)O(2)](0) < 650 mg l(-1) and 650 mg l(-1) < [H(2)O(2)](0) < 1500 mg l(-1)1, respectively. PhiAR27 is the initial dye concentration correlation index for developing of model for different initial concentrations of AR27. This rate expression can be used for predicting k(ap,UV/H(2)O(2) at different conditions in UV alone and UV/H2O2 processes. The results show that UV alone cannot be an efficient method for decolorization of AR27 in comparison with UV/H(2)O(2) process, therefore the first term of the model can be neglected.     

Photooxidative degradation of 4-nitrophenol (4-NP) in UV/H2O2 process: influence of operational parameters and reaction mechanism

The photooxidative degradation of 4-nitrophenol (4-NP) was studied in the UV/H2O2 process. The effects of applied H2O2 dose, initial 4-NP concentration and UV light intensity have been studied. Degradation was complete in 13 min and follows apparent first-order kinetics. The removal efficiency of 4-NP depends on the operational parameters and increases as the initial concentration of H2O2 and light intensity are increased but it decreases when the initial concentration of 4-NP is increased. From HPLC analysis, major intermediate products were hydroxyl derivatives of 4-NP as a result of photooxidative hydroxylation.