石墨化度及纤维含量对C/C复合材料性能的影响

以短切高模炭纤维为增强体.制备C/C复合材料,并采用XRD、SEM等方法研究了纤维体积含量和石墨化度对复合材料性能的影响.结果表明:当短切高模炭纤维体积含量小于7%时,随着炭纤维体积含量增加,C/C复合材料的力学性能逐渐升高,高于7%时力学性能降低;随着石墨化度提高,C/C复合材料的力学性能显著降低,短切高模炭纤维增强作用下降;C/C复合材料的石墨化度对电阻率影响大,纤维体积含量对电阻率几乎没有影响;C/C复合材料的石墨化度对材料的抗氧化性影响显著.     

短切炭纤维的表面处理对沥青基C／C复合材料性能的影响

采用模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备了短切炭纤维增强的沥青基C／C炭复合材料。借助材料万能试验机和扫描电镜研究了短切炭纤维的表面处理对C／C复合材料体积密度和抗压强度的影响。结果表明：随着短切炭纤维表面处理强度的增大,C／C复合材料的抗压强度明显提高。用联合处理方法改性的短切炭纤维制备的C／C复合材料的抗压强度,比未处理的短切炭纤维增强的C／C复合材料的抗压强度,约提高了138．5％。     

短切炭纤维的表面处理对沥青基C/C复合材科性能的影响

采用模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备了短切炭纤维增强的沥青基C/C炭复合材料.借助材料万能试验机和扫描电镜研究了短切炭纤维的表面处理对C/C复合材料体积密度和抗压强度的影响.结果表明:随着短切炭纤维表面处理强度的增大,C/C复合材料的抗压强度明显提高.用联合处理方法改性的短切炭纤维制备的C/C复合材料的抗压强度,比未处理的短切炭纤维增强的C/C复合材料的抗压强度,约提高了138.5%.     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的组织特征

利用新型、高效的模压半炭化成型工艺，在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料制品，并借助光学显做镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察。通过分析，解释了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料中炭纤维损伤的形成机制，提出了作为增强体相的短切炭纤维和焦炭颗粒与基体炭之间独特的界而结构模型。研究还表明：复合材料中明显存在着基体相和颗粒相一基体相的显微结构不仅呈层片状，而且层片状的结构好像数层桔子皮，将颗粒相包裹起来，这种“桔皮包裹”式的结构与炭纤维表面的POG结构基本相似。     

添加石墨对热压法制备C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以表面酚醛树脂包覆处理过的石墨颗粒,硝酸氧化处理的炭纤维和沥青为原料,经热压烧结制备短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料,利用环一块磨损试验机对材料进行了摩擦磨损实验,借助SEM观察样品的磨痕和磨屑,研究了不同石墨含量对样品摩擦磨损性能的影响.结果表明,随着石墨含量的增多,样品的密度和弯曲强度逐渐提高,同时在摩擦磨损表面形成具有自润滑作用的摩擦膜,有利于降低磨损量,并保持摩擦系数的稳定.添加适量的石墨可获得摩擦磨损性能优良的C/C复合材料.     

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。      

炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的分子模拟(英文)

采用分子动力学模拟(MD)分析炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能。采用碳纳米管作为环氧树脂的主要增强材料以期提高三相复合材料的力学性能。建立固化的环氧树脂模型以提高碳纳米管和基体间的粘结强度。炭纤维体积分数设定为60%,碳纳米管体积分数为0.25%-5%。结果表明,碳纳米管体积分数从0.25%增加至5%时,沿炭纤维方向上的杨氏模量由92GPa提高至224.4GPa,抗张强度由1.35GPa提高至2.85GPa。     

短切炭纤维表面改性及其增强聚四氟乙烯复合材料性能的研究

采用偶联剂对短切炭纤维表面改性,然后和聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）粉料混合,冷压成型,烧结固化等手续制备了短切炭纤维增强ＰＴＦＥ复合材料。研究了不同类型偶联剂,其最佳用量和表面改性的工艺条件。结果表明,复合材料的力学性能和耐化学腐蚀性能均优于同类材料。     

C/C-Cu复合材料的压缩性能及其破坏机理

以预浸炭布和铜网为原料用模压压制法制备炭纤维体积分数分别为35%、40%和45%左右的三种C/CCu复合材料,用Instron3369力学试验机测试了压缩性能。结果表明:炭纤维的体积分数是影响材料压缩性能的重要因素。在垂直方向上,材料的压缩性能随着炭纤维体积分数的增加而提高。炭纤维体积分数为40%的试样其压缩性能比35%的试样提高了20%,炭纤维体积分数为45%的试样比40%的试样提高了13%,提高的幅度呈先大后小的趋势。而在平行方向上,炭纤维的体积分数对压缩性能的影响没有垂直方向的显著,与试样的致密度有一定的关系。在三种试样中,炭纤维体积分数为45%的试样无论在垂直方向还是平行方向上的压缩强度都最大,分别为190.13 MPa和83.39 MPa。在平行方向和垂直方向上压缩强度的差异表明,C/C-Cu复合材料的压缩性能具有明显的各向异性。关于材料压缩的破坏方式,在垂直压缩受力方向近似沿45°对角线方向时,破坏方式为纤维层、铜网与基体炭的分离以及基体炭的压溃破坏。在平行方向压缩时炭纤维发生褶皱,并在褶皱区域产生拉压应力,使纤维发生折曲或者断裂,最终使炭纤维和基体炭以及基体炭和铜网的界面分层劈裂。     

纤维含量和热处理对炭/炭复合材料性能的影响

研究了炭纤维体积分数和预制体热处理温度对炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明,随着预制体中炭纤维体积分数的增加炭/炭复合材料的硬度逐渐增加,但当炭纤维的体积分数大于30%时,炭/炭复合材料硬度增加的幅度减小.炭纤维体积分数的增加对炭/炭复合材料硬度的影响有两个相反的作用,纤维的增强作用将使硬度增大,而孔隙率的增加将导致硬度的减小.炭/炭复合材料的抗弯强度随着纤维体积分数的增加而增加,但因纤维体积分数的增加会导致孔隙减小.致使热解炭不能充分地渗透填充到纤维间的孔隙内,抗弯强度下降,所以随着纤维体积分数的增加,材料的弯曲强度会出现拐点.随着预制体热处理温度的不同,炭/炭复合材料有脆性断裂、整束纤维拔出的假塑性断裂和部分炭纤维拔出的假塑性断裂三种断裂机制.     

C/C复合材料磷酸盐防氧化涂层

由涂刷法制备了四种不同配比的新型炭／炭（C／C）复合材料磷酸盐防氧化涂层，通过研究确定了优化涂层方案，涂覆有该涂层的C／C复合材料试样在700℃下空气中氧化100h后，失重率仅为0．952％，热震实验和浸海水恒温氧化实验证明该涂层仍具有良好的抗氧化性能。涂覆有该涂层的C／C复合材料在600℃～800℃时的Arrhenius曲线由两条折线组成，折点为700℃，在600℃～700℃下的氧化表观活化能为139kJ／mol；700oC～800℃下则为93kJ／mol。     

C/C复合材料板烧蚀中热传导的非线性分析

在高压高热流作用下, 高马赫数飞行器防热层常用耐高温的 C/C复合材料出现烧蚀现象。考虑到C/C复合材料的高温导热系数为温度的函数, 基于傅里叶传热定律和高温烧蚀机制, 利用FORTRAN语言编程计算分析了C/C复合材料板烧蚀中热传导特性。结果表明: 较低热流入射时, 物体表面温度变化速率与内部的不同; 随时间的推移, 受热表面的温度趋于一致, 而背面温度相差较大; 物体内部温度分布趋势大体相同。较高热流入射时, 表面出现烧蚀现象, 温度急速升高, 并维持在某一温度值保持动态平衡。      

Co-synthesis of single-walled carbon nanotubes and carbon fibers

A new vertical floating catalytic technique is developed and used to prepare both single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and carbon fibers (CFs). Scanning electron microscopy (SEM) observation shows a clear separation of these two materials. Thin films of SWNTs can be peeled easily from the CF substrate which just acts as a catalyst support for the SWNT growth. The production process is also semicontinuous, resulting in a yield of ∼1.0 g h⁻¹ of SWNTs film with high purity. Structure and vibrational properties of these materials are investigated by electron microscopy and Raman spectroscopy, respectively.     

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀机理的影响

通过对炭／炭复合材料（C／C）和添加难熔金属碳化物炭／炭复合材料（C／C＋MC）的微观结构对比分析，研究了二者在电弧加热器上的烧蚀机理。结果表明，难熔金属化合物（MC）在烧蚀过程中进入到距表层几个微米之内的纤维和基体炭微晶内，明显影响了相邻微晶的形貌。MC的存在，一方面，加大了机械剥蚀等力学因素引起的质量损失，增大了试样表面粗糙度，从而进一步加重了烧蚀；另一方面，MC具有降低碳的升华总量的效应。从综合效应来看，C／C＋MC复合材料的烧蚀速率比C／C复合材料高。     

炭/炭-陶瓷/炭多元复合材料的原位热压制备与性能

以纤维素和凹凸棒石(PG)为原料,在220℃下水热24h制备凹凸棒石/炭(PG/C)复合材料。采用浸渍-炭化工艺在炭/炭(C/C)复合材料中引入PG/C作为添加剂,一步热压对材料最终成型,原位获得C/C-陶瓷/C复合材料。研究了添加PG/C对C/C力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:PG/C在热压过程中转变为顽辉石/C,顽辉石/C通过"填充"和"桥联"起增强作用,顽辉石陶瓷表面负载纳米炭层有效避免了陶瓷相与基体炭间弱结合的产生。随着PG/C中表面负载纳米炭含量的减少,C/C的强度逐渐增加。当炭含量为13%的PG/C作为添加剂时,C/C的抗弯强度为263MPa,弹性模量为47GPa,相对于没有添加剂的C/C抗弯强度提高了45%,弹性模量提高了42%;相对于以PG作为添加剂的C/C抗弯强度提高了16%,弹性模量提高了27%。添加PG/C使C/C抗氧化性得到了提高;1 000℃下C/C的质量损失降低了12%~18%。     

单向炭布叠层C/C复合材料的热压法制备及其性能

以经表面处理的石墨、单向炭布、和沥青粉为原料,通过热压烧结制备炭布叠层C/C复合材料.考察了炭布含量对材料密度、孔隙率、弯曲强度以及摩擦磨损的影响,采用MM200摩擦磨损试验机进行了环-块摩擦磨损实验,并借助SEM表征了材料的弯曲断口和磨痕形貌.结果表明:当炭布质量分数为50％时,C/C复合材料的综合性能最好,抗弯强度为112.2MPa,密度为1.72 g/cm3,摩擦系数为0.28,磨损率为3.68×10-13 m3·N-1·m-1.弯曲实验中材料呈“假塑性”方式破坏,断口出现大量纤维的拔出.石墨相含量的增加有利于形成较好的摩擦膜,降低磨损率,保持摩擦系数稳定.     

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀微观结构的影响

详细分析和比较了3D炭／炭复合材料及其添加难熔金属碳化物的试样在三种烧蚀条件下的烧蚀结果、微观结构及形貌。SEM观察结果显示，纤维与基体间的界面优先烧蚀现象对纯炭／炭试样是普遍存在的，相反，对难熔金属碳化物掺杂的炭／炭试样而言，纤维却总是优先被烧蚀；纤维单丝相对基体优先烧蚀越明显，材料宏观烧蚀率越大。对纯炭／炭试样烧蚀表层区的TEM观察结果表明，在烧蚀过程中炭纤维和基体炭均发生明显的微观结构变化，具体表现为炭纤维的微晶尺寸显著长大，而基体炭原有层片区则出现柱状炭。烧蚀测试条件对材料宏观和微观形貌及烧蚀机理都有影响：     

表面多孔炭/炭复合材料骨组织改建支架的生物学性能及其表征(英文)

采用炭/炭复合材料制备了骨组织改建支架,并对所制支架进行了表面形貌观察、痕量元素分析和体内生物学性能评价。结果表明:所制支架能够有效实现对自体移植骨的支撑和骨性融合,生物相容性良好。亦即,表面多孔炭/炭复合材料能够满足作为骨组织改建支架材料的成分要求。     

Real-time damage evaluation of a SiC coated carbon/carbon composite under cyclic fatigue at high temperature in an oxidizing atmosphere

A SiC coated C/C composite was fatigued at 1300 °C in an oxidizing atmosphere. Damage evolution of the composite was discussed on the basis of modulus reduction and ratchetting strain developments. Real-time electrical resistance and acoustic emission responses were monitored throughout fatigue and the data showed fairly good agreement with composite micro-damage. It is feasible to employ resistance and acoustic emission measurements as real-time damage evolution indicators for fatigue of C/C composites at high temperature in corrosive environments.