基体炭种类对C/C复合材料电导率的影响分析

使用炭毡为增强体分别制备了热解炭基、树脂炭基、沥青炭基和热解炭/树脂炭双基体、树脂炭/沥青炭双基体C/C复合材料,比较研究了复合材料的电导率与不同先驱体含量的关系。结果表明,不同前驱体C/C复合材料电导率有较大的差异,热解炭基C/C复合材料的电导率是沥青炭基C/C复合材料和树脂炭基C/C复合材料电导率近3倍,热解炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率符合简单并联混合法则,树脂炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率随树脂炭质量分数的增加而减小。     

CVD沉积密度对2-D炭/炭复合材料力学性能的影响

将CVD法增密至1.34g/cm^3和1.61g/cm^3的两组试样热处理后进行力学性能测试，作为对比，将另外两组起始密度相近的样品经过树脂补充增密至1.80g/cm^3以上，经热处理后也作了力学性能检测。检测结果发现，对纯CVD法增密的试样来说，密度高的样品的力学性能值也较高；树脂浸渍补充增密后，样品的和力学性能明显优于纯CVD的低密度试样，浸前CVD起始密度高的样品的力学性能值也相对较高。对材料的力学性能初步分析认为，C／C复合材料的力学性能和失效方式不仅受材料密度的影响，而且也受基体炭种类，性质，如可石墨化，热处理温度等因素影响。相同条件下，石墨化度高的样品力学性能值偏低。     

炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。     

炭/炭复合材料界面微观结构的研究

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面结构直接影响着炭／炭材料的力学、热物理等各种性能。采用SEM、TIM等微观观察手段,就几种炭／炭复合材料界面的微观结构进行考察。对观察到的炭纤维与基体炭间的界面、同一纤维束中两根纤维间的界面,基体与其他外加物质间的界面、不同取向炭纤维间的界面、不同基体前驱体层间的界面等界面类型的细微结构进行了图示分析与讨论。     

热解炭微观结构对炭/炭复合材料力学性能的影响

以PAN基针刺纤维毡为基体,采用等温化学气相渗透技术,在温度1000℃、压力5.0~20.0 kPa条件下制备了2种具有不同微观结构热解炭的炭/炭复合材料,研究了其力学性能与热解炭微观结构的关系. 结果表明,压力8.0 kPa下得到的具有单一低织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度较高,为86±3 MPa,热解炭与炭纤维间界面结合紧密,加载过程中二者同时断裂,呈现明显的脆性断裂行为;压力10.0~20.0 kPa下得到的具有中织构-高织构-中织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度稍低,为82±4 MPa,加载过程中材料内部不同织构热解炭间多层次界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度,断口形貌呈现锯齿状,表现出假塑性断裂特征.     

C/C复合材料中基体炭的微观结构表征

采用扫描电子显微镜、金相偏光显微镜对不同结构基体炭，包括热解炭、沥青炭、树脂炭进行形貌表征和分析。通过试验观察到热解炭的微观结构主要分为粗糙层结构、光滑层结构、过渡层结构和各向同性结构，热解炭表面为球冠形结构；沥青炭的主要形貌结构主要有镶嵌型结构，区域与镶嵌并存结构，区域与流线型并存结构，流线型结构；树脂碳的结构主要为表面光滑的块状结构。     

炭/炭复合材料浸渍-炭化工艺的研究

用高、中、低软化点沥青为浸渍剂,对不同孔率的炭 /炭复合材料编织体进行浸渍。考察了浸渍温度、浸渍压力、浸渍时间等因素对浸渍效果的影响 ;并且对用高产炭沥青浸渍炭 /炭复合材料的工艺进行了初步探索。结果表明,在合适的工艺条件下对不同的基体均可达到很好的浸渍效果。     

炭纤维表面特性对炭/炭复合材料力学性能的影响

分别以含有原始上浆剂的聚丙烯腈基炭纤维及其经过高温除胶处理的炭纤维为增强体,通过沥青浸渍、炭化和高温热处理方法获得了炭/炭复合材料,对获得的复合材料中基体炭的结构和材料的力学性能进行了分析。含有原始上浆剂的炭纤维表面含有较多含氧官能团,易与基体炭形成较强结合的界面,基体炭取向受到限制,在纤维轴向呈竹节状断裂,承载过程中基体炭对炭纤维协同承载作用弱,复合材料表现出了较弱的力学性能。经过高温除胶处理的炭纤维表面几乎没有含氧官能团,易于与基体炭形成弱结合界面,基体炭取向受到的约束小,可围绕炭纤维形成"类同心圆"结构。这种状态下形成的基体炭在纤维轴向连续性较好,复合材料的力学性能较高。     

PyC/SiC界面改性C/C-SiC-ZrC复合材料的等离子烧蚀性能研究

以丙烯(C3H6),三氯甲基硅烷(MTS)为原料,利用化学气相渗透(CVI)技术在炭纤维预制体的纤维表面依次制备了热解炭(PyC)与碳化硅(SiC)界面层,随后结合CVI及前驱体浸渍裂解(PIP)工艺对材料进行增密,制得了密度为1.92 g/cm3的界面改性C/C-SiC-ZrC复合材料.利用X射线衍射仪(XRD)与扫...     

炭/炭复合材料组分微观结构及热处理研究进展

炭/炭复合材料组分的微观结构具有多样性.不同前驱体的炭纤维的微观结构不同,PAN基炭纤维的结构最精细,有基本炭网面、微原纤、微纤和条带结构共四级结构单元,高温热处理将使微原纤结构消失从而变成三级结构:基本炭网面、微纤和条带结构;沥青基炭纤维中大致有三级结构单元:微域、域和织构;基体材料无论是热解炭还是沥青炭,都有三级结构,基本结构单元(BSU)、小区域分子取向(LMO)、织构;基体/纤维界面的结构很复杂,具有过渡性,界面结构不但有梯度变化,也有织构突变,基体/纤维界面应力同样会影响纤维的表面和内部结构,这种结构变化在高温热处理后更加明显.     

基体炭种类对C/C复合材料断裂韧性的影响

以针刺网胎/无纬布为预制体,采用CVD法和液相浸渍法制备了热解炭基、树脂炭基、沥青炭基C/C复合材料,并研究了这些材料的断裂韧性及其断裂机理。研究表明:沥青炭基C/C复合材料的XY向断裂韧性明显高于热解炭基和树脂炭基,其XY向和Z向分别达到4.54MPa·m~(1/2)和3.15 MPa·m~(1/2),表现为假塑性断裂;三种基体炭C/C复合材料的XY向断裂韧性均大于Z向。     

文摘

飞机刹车用长寿命高摩擦特性炭/炭复合材料制备技术(英文)[刊,中]/苏君明,肖志超,刘勇琼,等//新型炭材料,2010,25(5):329～334以针刺炭纤维准三向结构整体毡为预制体,经丙烯气体狭缝定向流的"外热内冷"、"内热外冷"径向热梯度CVI工艺致密技术,优化组合的热解炭/树脂炭双元炭基体技术,通过调控高温处理技术等三大关键技术制备了A320系列飞机炭刹车盘材料。     

ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料的微观结构及力学性能研究

以炭毡作为纤维增强体,采用化学气相渗透工艺研制出低密度C/C复合材料,进而以低密度炭/炭复合材料为预制体,采用聚碳硅烷和有机锆前驱体作为复相陶瓷前驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺成功制备出ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料试样。借助万能电子试验机和扫描电镜进行材料的力学性能和微观结构分析。结果表明:包含ZrC颗粒的SiC相双组元弥散分布在C/C复合材料基体中,且随着前驱体中有机锆含量的增加,力学性能出现先升后降的趋势,当有机锆前驱体质量分数为25%时,改性C/C复合材料弯曲强度和弯曲模量较优,分别为241 MPa和17.25 GPa。。     

纳米压痕技术测试纤维束内沥青炭和粗糙层热解炭的力学性能

为了研究纤维束内沥青炭和粗糙层热解炭的力学性能,以2.5D针刺炭毡为增强体,分别通过中温煤沥青浸渍炭化和化学气相沉积制备得到C/C复合材料。使用G200型纳米压痕仪对C/C复合材料纤维束内基体进行纳米压痕测试,采用连续刚度测试方法,利用Oliver和Pharr模型获得试样弹性模量随测试深度的变化,利用弹性模量和硬度两参数Weibull分布函数对纳米压痕测试结果进行统计分析。结果表明,沥青炭和粗糙层热解炭的弹性模量平均值分别为(14.92±2.02) GPa和(12.87±1.35)GPa;硬度的平均值分别为(0.64±0.14) GPa和(0.67±0.17) GPa。沥青炭和粗糙层热解炭的弹性模量的Weibull分布模数分别为8.60和9.18,弹性模量的特征值分别为15.63 GPa和13.40 GPa。     

炭/炭复合材料化学液气相沉积致密化技术研究

介绍了炭/炭复合材料化学液气相沉积工艺的基本原理.化学液气相沉积工艺与热梯度化学气相沉积工艺在本质上是相同的,不同之处是化学液气相沉积用液态烃作前驱体,提高了原料的利用率,加快热解炭沉积的速率.研究了不同沉积温度对炭/炭复合材料微观组织结构的影响.采用偏光显微镜观察了材料的粗糙层、光滑层热解炭微观组织结构.研究发现用环己烷作前驱体当沉积温度为1 100℃时可以得到粗糙层结构的热解炭.     

炭/炭复合材料用浸渍剂煤沥青研究进展

本文介绍了炭/炭复合材料用浸渍剂煤沥青的结构组成与性能特点,分析了影响煤沥青浸渍性能的关键因素,总结对比了近几年浸溃用煤沥青改性方法的优缺点.指出煤沥青的开发和生产应该兼顾残炭率、流动性、黏度和软化点等因素,从而减少浸渍次数,降低炭/炭复合材料的生产成本.     

树脂包覆对石墨化中间相沥青炭微球电化学性能的影响

以中间相沥青炭微球(SSGMCMB)为核、酚醛树脂(PR)热解炭为壳，采用浸渍一固化一炭化手段制备出树脂热解炭包覆SSGMCMB复合材料，并对其电化学性能进行了研究。通过SEM、XRD、恒电流充放电测试等手段研究了不同树脂包覆量对该复合材料的形态、结构及其电化学行为的影响，结果表明：树脂热解炭对SSGMCMB有较好的包覆作用，保持了SSGMCMB的球形形态，有利于锂离子的嵌入／脱出反应，对其电化学性能有一定的提高，改进了酚醛树脂热解炭有较大电压滞后的问题。     

焦炭颗粒/热解炭复合材料的制备与压缩性能研究

分别以LJ1、LJ2、YJ、ZJ 4种焦炭颗粒作为增强体,CVD炭作为基体,利用TCVI设备制备出了焦炭颗粒增强热解炭基(焦炭颗粒/热解炭)复合材料。并从其力学性能着手,使用金相显微镜分析其显微结构,采用扫描电镜观察其断口微观形貌,并结合载荷-位移曲线综合分析其断裂方式及机理。结果表明:4种焦炭颗粒/热解炭复合材料中,LJ1和ZJ焦炭颗粒沉积前后密度与质量变化最大,其质量分别增加57.4%和64.3%;焦炭颗粒/热解炭复合材料微观组织结构为各向异性;LJ2焦炭颗粒/热解炭复合材料轴向和径向的压缩强度分别为203.7 MPa和176.3 MPa,在4种焦炭颗粒/热解炭复合材料中强度最高;4种焦炭颗粒/热解炭复合材料压缩断裂方式为脆性断裂,LJ2焦炭颗粒/热解炭复合材料和YJ焦炭颗粒/热解炭复合材料主要是因其内部焦炭颗粒孔洞的应力集中造成断裂,LJ1焦炭颗粒/热解炭复合材料和ZJ焦炭颗粒/热解炭复合材料主要沿其焦炭颗粒的层片断裂。     

酚醛树脂浸渍炭／陶复合材料的研究

研究了用热固性酚醛树脂对不同密度的炭／陶复合材料的浸渍－固化－炭化增密过程的增重效果,证实了经过增密循环使炭／陶复合材料的强度有了很大的提高,并且对密度较低的材料有更好的效果。     

二维C/C复合材料层叠板制备工艺及其性能的研究

研究通过浸渍—炭化法制备二维C／C复合材料层叠板的工艺参数，分析了不同基体前驱体和增密次数对材料的密度、厚度和收缩率、体积电阻率和层间剪切强度的影响，并用扫描电子显微镜进行断口分析。结果表明：选用残炭率较高的基体前驱体和适当的增密次数是制备低成本二维C／C复合材料层叠板的关键；相同纤维体积的层叠板基体炭含量越高，电阻率越小，导电性能越好；单位体积含有炭纤维越多，纤维受损几率就越大，产生结构缺陷几率越高，导致电阻率增加，导电性能下降；本实验中二维C／C复合材料层叠板制备工艺简单可行，层叠板的密度达到1．40g／cm^3以上，剪切强度为1．5MPa，断口呈脆性断裂特征。