热处理对C/C复合材料热膨胀行为的影响

以整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透(CVI)和树脂压力浸渍-常压炭化(PIC)相结合的工艺进行了复合致密,制备了整体毡基炭/炭(C/C)复合材料。通过对不同热处理工艺下材料的轴向热膨胀行为测试,结果表明:当热处理温度从1800℃升至2500℃时,材料1000℃的热膨胀系数(CTE)由3.30×10-6/℃降低到3.00×10-6/℃;当热处理次数由1次增至2次时,材料1000℃的热膨胀系数由2.28×10-6/℃降低为2.10×10-6/℃。同时发现,当孔隙率相差84%时,热膨胀系数降低约24%。通过研究认为,热处理改变了C/C材料的微观结构,增强了材料石墨化的程度,提高了开口气孔率,可以通过合适的热处理工艺,降低材料的热膨胀系数,提高材料的热稳定性。     

3D C/C复合材料的热膨胀性能

通过测定热膨胀系数(CTE),分析了不同密度以及高温处理前后热解炭基三维编织炭/炭复合材料(3DC/C复合材料)的热膨胀行为,并与PAN基炭纤维以及热解炭的热膨胀性能作了比较。结果表明:PAN基炭纤维在1200℃以后,出现明显的负膨胀。从室温到100℃,C/C复合材料呈负膨胀状态,CTE与密度成正比;从100℃到1000℃,C/C复合材料的CTE-温度曲线基本遵循热解炭基体的热膨胀规律变化;超过1000℃以后,CTE-温度曲线出现峰值,表明热解炭的膨胀受纤维的限制。复合材料的热膨胀行为由纤维和基体二者决定。     

界面结合强度对C/Cu 复合材料热膨胀性能的影响

本文通过在C/C u 复合材料的Cu 基体中添加不同的合金元素(Sn,Ni, Fe) 获得不同的界面结合强度, 研究了界面结合强度对C/C u 复合材料热膨胀特性的影响规律, 并分析了界面结合强度对降温过程中复合材料的收缩特性及残余应变的影响。      

编织结构复合材料热膨胀特性的实验研究

对二维和三维碳纤维/环氧树脂编织结构复合材料的热膨胀特性进行实验研究, 确定编织复合材料热膨胀系数的各向异性分布特征, 给出其热膨胀特性与纤维编织模式和纤维体积含量之间的相互依赖关系, 分析编织复合材料的热膨胀机理, 表明其热膨胀系数的可设计性, 为设计复合材料零膨胀结构提供实验依据和理论分析。     

C/PyC/Si-C-N复合材料的热膨胀行为

采用CVI方法制备出了具有热解碳界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/PyC/Si-C-N)和无界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/Si-C-N)。用热膨胀仪分别测试了C/PyC/Si-C-N和C/Si-C-N的热膨胀性能,研究了碳界面对复合材料热膨胀性能的影响。研究结果表明:在25~1200℃范围内,C/PyC/Si-C-N复合材料的平均热膨胀系数为0.638×10-6 K-1,线膨胀率为0.0752%;在780℃以上,碳界面的存在使碳纤维增强SiC-N基复合材料的热膨胀系数降低,在780℃以下时则对复合材料的热膨胀系数基本无影响。     

3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能

采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。      

预制体对C/C复合材料热膨胀系数的影响

以天然气为前驱气体,整体碳毡和2D针刺碳毡为预制体,采用热梯度化学气相渗积技术制备了两种C/C复合材料,其表观密度均为1.74 g/cm3。借助光学显微镜和扫描电子显微镜观察了热解碳基体的生长特征和微观形貌,采用热膨胀仪测量了两种材料的热膨胀系数(CTE),研究了由不同预制体增强C/C复合材料的CTE,解释了造成材料不同方向CTE差异的主要原因。结果表明,随着温度升高,材料A和B的CTE是逐渐升高的,且Z向CTE值均大于XY向。当两种材料在Z向的纤维体积分数接近时,随着XY方向纤维体积分数增大,材料在Z向的CTE增大,在XY向的CTE降低,两种材料在XY和Z向的CTE呈如下分布:αB-Z>αA-Z>αA-XY>αB-XY。C/C复合材料的CTE主要取决于纤维体积分数和排布、碳基体及材料中的孔隙分布情况,前者起决定作用。     

高温处理对轴棒法编织碳/碳复合材料热性能的影响

采用沥青液相浸渍-碳化法制备了轴棒法编织碳/碳(C/C)复合材料,并选择900℃、1500℃、2500℃三种温度对轴棒法编织C/C复合材料进行了高温处理,研究了高温处理对材料热膨胀系数及导热系数的影响。结果表明:随着高温处理温度的升高,轴棒法编织C/C复合材料的开孔率增大,内部裂纹增多并扩展,导致材料的热膨胀系数总体上呈现降低的趋势;另外,随高温处理温度的升高,材料晶体有序程度增加,从而使声子的平均自由程增加,导致材料的导热系数增大。     

用均匀化方法预测单向纤维复合材料热膨胀行为

本文利用均匀化方法研究了单向纤维复合材料的热膨胀行为。建立了热膨胀系数与组分材料性能、体分比之间的关系,得到了纤维/基体性能比值对横向热膨胀系数的影响比对纵向系数的影响更重要的结论。通过均匀化方法和四种已有的理论方法之间的相互比较,以及同实验值对比,分析了各理论方法的精度,验证了均匀化方法的可靠性。      

纤维复合材料的热膨胀系数

提出了一种利用压电光声技术测量材料热膨胀系数的实验方法,并测试了单向复合材料C/C、C/Al的横向、纵向的热膨胀系数。根据已有的理论计算方法与实验结果对该方法的测试结果进行验证,证明了该检测方法的可靠性,进而又测量了C/C、C/Al材料在任一方向上的热膨胀系数。这种方法克服了理论计算过程复杂以及常规手段无法测量任一方向上热膨胀系数的缺陷。     

铝合金-盐复合体的制备及热膨胀性能研究

采用加压渗流铸造法制备了铝合金-盐颗粒复合体。并研究了预制块的制备工艺。当粘接剂含量在10 % 左右、焙烧温度为720℃、焙烧时间为5. 4 k s 时, 可得到抗压强度较高的预制块。运用SEM 观察了预制块焙烧前后盐颗粒形状的变化。将盐颗粒从铝合金2盐复合体中去除后, 得到多孔铝合金。测试其热膨胀系数, 发现其平均线膨胀系数比铝合金低。      

高温处理对3D C/SiC复合材料热膨胀性能的影响

研究了不同高温处理前后3D C/SiC复合材料热膨胀系数(CTE)的变化规律,从材料内部热应力变化及结构改变的角度定性地分析了其变化机理。研究发现,3D C/SiC复合材料的热膨胀系数受界面热应力的影响,其变化规律是纤维和基体相互限制、相互竞争的结果;高温处理可提高材料的热稳定性,并通过改变界面热应力及材料内部结构,来影响材料热膨胀系数的变化规律;通过增加基体裂纹来降低复合材料的低温热膨胀,但不影响其变化规律;通过改变材料内部结构,使热应力发生变化并重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响。但高温处理没有改变3D C/SiC复合材料的基体裂纹愈合温度(900℃)。      

C/Al复合材料热膨胀与内应力研究

测试了碳纤维正交对称排布(0/90)增强铝基复合材料(x—y)面内热膨胀曲线和热膨胀系数,发现热处理状态对复合材料(x—y)面内热膨胀有影响。本文通过碳纤维正交对称排布增强复合材料内应力的分析,证实了导致热膨胀差异的主要原因是复合材料内部存在残余应力。     

用热弯实验方法决定导电薄膜的热膨胀系数

研究了热-力载荷下薄膜/基板复合梁的弯曲问题,导出了薄膜的热膨胀系数与试样表面的温度和变形之间的关系式;提出一种测量导电薄膜的热膨胀系数的方法,并用热弯实验测SnO₂膜的热膨胀系数。      

低热膨胀聚酰亚胺研究进展

介绍5种制备低热膨胀聚酰亚胺的方法：共聚物掺混、多元共混、添加填料或其他化合物、有机硅氧烷改性及纳米杂化法以及低热膨胀聚酰亚胺在半导体绝缘膜、α射线屏蔽膜、柔性印刷电路板的应用。     

SiC晶须增强铝基复合材料热膨胀行为与内应力关系的研究

本文作者研究了600℃水淬和600℃退火处理的碳化硅晶须增强铝基复合材料的热膨胀行为,阐述两者热膨胀行为与内应力的内在关系。结果表明:淬火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较高;而退火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较低。当材料在600℃淬火后,升温过程中材料的热膨胀系数曲线在80℃和245℃各出现一个峰值,且后者明显高于前者;而600℃退火后材料的热膨胀系数曲线只在80℃出现一个波峰,且其峰值低于淬火材料相应的峰值。分析表明:材料热膨胀系数曲线出现的第一个峰是基体内拉应力释放的结果;而淬火后材料热膨胀系数曲线出现的第二个峰是基体压应力释放速率的标志。