碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)

碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料抗氧化问题一直是国际材料界研究的热点。硅基陶瓷作为C/C复合材料抗氧化涂层,是目前研究最深入的涂层体系。综述了国内外近几年C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展,总结了C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的制备工艺和对已有工艺的改进方法,分析了硅基陶瓷涂层在高温空气中、燃烧环境中的氧化失效机理。结合硅基非氧化物陶瓷(SiC,Si3N4等)环境障碍涂层的发展,展望了C/C复合材料在复杂环境中抗氧化涂层的研究方向。     

C/C复合材料SiC-MoSi2-WSi2抗氧化涂层的制备及性能研究

为提高C/C复合材料的高温抗氧化性能,以聚碳硅烷(PCS)浸渍裂解法和Si,Mo,W粉浆料刷涂反应法在C/C复合材料表面制备SiC-MoSi2-WSi2复合涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段,对涂层的微观形貌、组织结构及物相进行分析研究,优化涂层制备工艺,考察了涂层的高温抗氧化性能,分析了抗氧化机理.制备的SiC-MoSi2-WSi2复合涂层厚度200 μm左右,主要由SiC,MoSi2,WSi2构成.1500℃氧化试验结果表明复合涂层的静态氧化失重率较SiC单层涂层降低50％以上,较大地改善了C/C复合材料的抗氧化性能.     

碳/碳复合材料概述

介绍了C/C复合材料的两种致密化工艺:化学气相法,液相浸渍-碳化法及二者复合致密化。重点介绍了C/C复合材料的抗氧化技术:内部抗氧化,抗氧化涂层。针对C/C复合材料的两大应用领域:火箭喉衬材料和刹车材料,简述了通过C/C-Cu和C/C-难熔金属碳化物的制备进一步提高C/C复合材料的耐烧蚀性能以及C/C复合材料的摩擦磨损性能。     

炭/炭复合材料抗氧化研究进展

C／C复合材料的高温氧化性能限制了其在高温领域的广泛应用。本文简要介绍了C／C复合材料的氧。化机理及两种主要的抗氧化技术，即抗氧化涂层技术和内部抗氧化技术，并就涂层的结构和发展趋势作了简要介绍。介绍了添加抑制剂磷和硼对C／C复合材料的高温氧化抑制，重点分析了将硼引入C／C复合材料的方法及硼在其中的接触氧化抑制和优先分配。对C／C复合材料的最新进展情况作了简要介绍，并对C／C复合材料高温抗氧化的研究方向提出自己的看法。     

聚氯乙烯和碳纳米材料复合研究进展

聚氯乙烯/碳纳米材料制成的复合材料具有良好的机械性能、耐磨性能、电磁性能、耐热性能,是近年来备受关注的新兴材料。本文综述了聚氯乙烯与石墨(GT)、石墨烯(GN)、氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)等碳纳米材料复合的研究进展,阐述了各种复合材料的优势、劣势及研究开发进展情况,为将来拓宽碳纳米材料的用途提供了参考作用。     

碳／碳化硅复合材料的结构与性能

一、前言 碳/碳(C/C)复合材料仍属于碳素材料,它克服了石墨材料的某些缺点。具有强度高、抗热震性能好等优点,因而在一些工业部门得到广泛应用。随着对C/C材料性能的改进和人们对它不断深入的了解,其使用范围在不断扩大。抗氧化性能差和容易磨损是它的重要弱点。 碳化硅(SiC)是一种力学性能较好(强度、硬度)、在1000～1500℃范围内抗氧化性能好的材料,其密度较低,与碳有良好的物理化学匹配性,因此,用SiC来改进     

裂解升温速率对C／C—SiC复合材料性能的影响研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/C-SiC复合材料,研究了先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学和抗氧化性能的影响。结果表明:以较低的裂解升温速率制备的C/C-SiC复合材料的力学和抗氧化性能较好。采用20℃/h裂解升温速率制得的C/C-SiC复合材料的弯曲强度达278 MPa,在1400℃氧化2 h后,失重率为3.1%。     

陶／碳材料自愈合抗氧化

碳材料以及碳／碳复合材料，是一种在高温下使用仍具有优良性能的结构材料。但是在高温下，如超过500℃，它却因易于被氧化而受到限制，仅能用于非氧存在的惰性环境之中。因此，人们对碳材料及碳／碳复合材料在高温下的抗氧化性保护产生了极大兴趣，并发现了具有较好保护性的硼硅酸盐玻璃。本文对此进行了研究，并对羊干、熔块对形成硼 硅酸盐的膜的影响作了实验。     

多尺度碳/碳复合材料力学性能研究

碳/碳(C/C)复合材料在服役过程中基体热解碳(PyC)强度低、脆性大,导致基体开裂、界面层脱黏等结构失效现象频发,严重限制其在特种环境中的应用。提出利用化学气相渗透法构建碳纤维与基体间的低织构热解碳界面层,采用电泳共沉积法掺杂碳纳米管(CNTs)、碳化硅纳米线(SiCnws)于碳纤维表面,构建纳米纤维-碳纤维多尺度预制体,实现多尺度C/C复合材料的制备和改性。研究发现,CNTs&SiCnws掺杂能促进C/C复合材料的弯曲性能、层间剪切性能和面内压缩性能的改善。弯曲、层间剪切、面内压缩强度随CNTs&SiCnws含量的增加均表现为“先升高后降低”的规律,CNTs&SiCnws可诱导细化PyC结构,避免基体微观缺陷的产生,提高纤维与基体的界面结合力,达到协同增强多尺度C/C复合材料的效果。     

C/C-SiC-ZrC复合材料抗氧化烧蚀性能研究

采用化学气相渗透(CVI-C)和液相浸渍裂解(PIP-SiC、PIP-ZrC)工艺制备了2.5D C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料。通过液氧煤油超音速火焰对蘑菇头驻点试验件进行烧蚀试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对材料的微观形貌及抗氧化烧蚀机理进行了初步探讨。结果表明,C/C-ZrC-SiC复合材料基体中SiC:ZrC质量比约为4:6,在2200K~2400K液氧煤油超音速火焰烧蚀试验环境下具有良好的抗烧蚀性能,100s蘑菇头驻点线烧蚀率仅为0.0054mm/s。研究发现,C/C-ZrC-SiC复合材料中合适的SiC和ZrC基体配比,高温氧化烧蚀过程中,材料表面形成了以ZrO_(2)颗粒为骨架的连续致密粘稠熔融层,有效封填材料表面的裂纹、孔洞,降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,对材料形成了较好的保护。     

C/C复合材料高温抗氧化研究进展

综述了国内外C／C复合材料的高温抗氧化研究进展。阐述了C／C复合材料的氧化机理,具体介绍了内部改性和表面涂层抗氧化研究现状,并对以后的发展方向进行了展望。     

纳米改性碳／碳复合材料的热-氧化性能研究

本研究的目的是开发一种在中等温度范围(371～649℃)内,抗氧化性能得到增强的碳/碳(C/C)复合材料。通过在C/C复合材料(CCC)固化前引入纳米相,通过阻止复合材料氧化过程,以维持并提高材料的机械强度。三种树脂系统:Lonza公司的低、中性粘度氰酸酯(CE),型号为PT-15和PT-30,以及Hitco 公司的酚醛,型号围为134A;同时利用三种类型的纳米颗粒:化学改性蒙脱石(MMT)有机金属粘土、多面体低聚氧化硅(POSS),纳米碳纤维得到CCC。利用广角X射线衍射装置(WAXD)和透射电子显微镜(TEM) 来确定分散度。对碳化及致密化分别制备了具有六种不同纳米结构体系的CCC,对这六种材料及一种基本 Hitco CC139分别在371℃和649℃的氮气中进行了24h的热老化处理。然后将这些材料置于加热的空气中达8h,用来模拟热-氧化的情形。最后测定了这些C/C纳米复合材料的力学性能如:抗拉强度和模量、泊松比和层间剪切强度等,并与基本的CCC做了比较。     

硅溶胶水热处理及添加B2O3微粉改性碳/碳复合材料的抗氧化性能

以正硅酸乙酯为原料,采用一种新颖的硅溶胶及添加B2O3微粉-水热处理,并经800℃煅烧30min,对碳纤维增强碳(carbon fiber reinforcedcarbon,C/C)合材料基体进行改性.研究了水热处理温度、时间、B2O3微粉的添加等工艺因素对改性C/C复合材料的结构及抗氧化性能的影响.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪对改性C/C复合材料的表面物相组成、显微结构和微区化学元素组成进行了表征.结果表明:硅溶胶-热处理法提供了一条较好的C/C复合材料基体抗氧化改性的途径;复合材料的抗氧化性能随着水热温度的升高呈现先降低,后提高的趋势;适当延长反应时间,能提高复合材料的抗氧化性能;添加B2O3微粉的硅溶胶改性后的C/C复合材料的抗氧化性能明显提高,改性后的样品在500℃经5h氧化后,没有产生质量损失.     

纳米碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料的氧化行为

以微米硅(Si)和纳米碳黑(Cp)粉体为主要原料,采用经机械化学法合成的碳化硅(SiC)和15%和25%的纳米碳颗粒与碳化硅(Cp-SiC)的复合粉体,并经无压烧结得到了Cp/SiC陶瓷基复合材料,分析了在不同温度条件下Cp/SiC烧结体的氧化行为。结果表明:当温度小于700℃时,Cp/SiC复合陶瓷在空气中的氧化受C—O2反应控制,致使其为均匀氧化;700℃时,氧化后的复合材料显气孔率最大,弯曲强度达极小值;大于700℃,氧化过程受O2的气相扩散控制,呈非均匀氧化;700~900℃之间,O2通过微裂纹的扩散控制着Cp/SiC的氧化过程;900~1 100℃之间,O2通过SiC缺陷的扩散控制着Cp/SiC的氧化过程,并在1 000℃时的最初的2 h内,复合材料弯曲强度增大,且达到了极大值。同时表明,纳米碳含量是影响复合材料强度及氧化行为的关键因素,添加纳米碳质量分数为15%的Cp/SiC复合陶瓷可以作为一种抗氧化性能优良的玻璃夹具材料。     

致密化周期对三向碳/碳复合材料力学性能的影响

本文研究了致密化周期对三向碳/碳(3DC/C)复合材料力学性能一弯曲强度和临界应力强度因子的影响。研究表明,随着致密化周期的进行,3DC/C材料的气孔率降低,体积密度、弯曲强度和临界应力强度因子增加;高温热处理使力学性能降低;界面状态对材料性能影响很大。     

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。     

碳／碳复合材料的性能和应用进展

碳／碳（C／C）复合材料是以碳为基体,碳纤维增强的复合材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能,既可作为结构材料承载重荷,又可作为功能材料发挥作用。同时,碳／碳（C／C）复合材料是一种能在超高温条件下工作的高温结构材料,所以在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文综述了碳／碳（C／C）复合材料的制备相应力学、热学性能,化学性能和其在各领域的应用进展。     

信息·资料

1700℃高温不氧化的C/C复合材料 最近,日本川崎重工业研究所和日本航空宇宙技术研究所共同制成了一种能够大幅度提高耐氧化性能的C/C(碳纤维增强碳)复合材料。这种复合材料的制作,主要是为了谋求C/C复合材料与一般所用的碳化硅、CVD涂层的整体匹配件,以便提高其耐氧化特性。     

SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展

连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC CMCs)具有低密度、优异的高温力学性能和抗氧化性能,在航空发动机热端部件上具有广阔的应用前景,具备提高发动机推重比和使用温度、减轻无效重量、简化系统结构等显著优势.延长SiCf/SiC复合材料在航空发动机高温氧化环境下的服役寿命是当前需要解决的难题.本文从纤维、界面相、基体、表面涂层四个方面综述了SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展.采用多元多层自愈合界面相、对基体进行改性以及采用表面自愈合整体涂层都可以有效提高SiCf/SiC复合材料在高温氧化环境中的使用稳定性和寿命.     

ZrC改性C/C复合材料的抗氧化涂层研究

为了提高C/C复合材料的高温抗氧化性能，采用含锆有机溶剂实现了对C/C复合材料的ZrC改性，通过粉末包埋法在其表面制备了SiC过渡层，通过溶胶凝胶法制备了外部的复合陶瓷氧阻挡层。设计三因素三水平的正交试验，研究了ZrC改性增重、过渡层厚度和氧阻挡层厚度三个主要因素对C/C复合材料高温抗氧化性能的影响。9个样品在1600℃马弗炉中进行了30 min的静态氧化测试，结果表明，ZrC改性增重5%、过渡层厚度为60μm和氧阻挡层厚度为80μm的样品抗氧化性能最好，质量损失率仅约5.51%。