载气对碳/碳复合材料致密化过程及微观结构的影响

以天然气作为碳源,以H_2和N_2为载气,采用等温化学气相沉积工艺制备碳/碳复合材料。采用偏光显微镜、SEM、万能试验机等表征所制备碳/碳复合材料的微观结构、密度变化和力学性能等。研究了碳源气体与载气比例对碳/碳复合材料致密化速率和热解碳微观结构以及力学性能的影响。结果表明:载气对碳/碳复合材料的致密化速率以及微观结构有重要影响(相对于不添加载气的情况,添加H_2和N_2的混合气体后,碳/碳复合材料的最终密度从1.42g/cm~3提高到1.71g/cm~3,而密度梯度Δρ从0.15g/cm~3降到0.04g/cm~3)。H2对优化气相裂解成分,抑制致密化初期的表面结壳、促进高织构热解碳的形成有显著影响,而N_2则对抑制致密化后期的表面结壳效果显著。     

缝合工艺在碳/碳复合材料的应用

研究了不同缝合间距和不同碳布对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响.结果 表明:在相同缝合间距下,缝合预制体的单元层厚度越薄,其碳/碳复合材料的综合性能越优异,且相比单元层性能,单元层厚度对其碳/碳复合材料的性能影响更显著;随着缝合间距变小,碳/碳复合材料拉伸强度整体呈现下降趋势,且降低幅度均增大,弯曲强度和层间强度呈现增加趋势,且增加幅度均增大.     

膨胀石墨对镁碳耐火材料显微结构和性能的影响

以膨胀石墨为碳源,部分取代镁碳耐火材料(含5wt％的鳞片石墨)中的鳞片石墨,借助X射线衍射仪、场发射扫描电镜、能谱仪以及三点弯曲测试仪等研究了膨胀石墨的添加对热处理后镁碳材料的显微结构、力学性能、抗热震性和抗氧化性的影响.结果表明:镁碳材料中引入0.2wt％的膨胀石墨在高温下可促进材料基体内片状AlN相形成,进而使试样的抗折强度和弯曲模量达到最大,分别为12.35 MPa和2.82 GPa;但是过量的添加将对材料的致密度产生负面影响,从而降低了材料的抗折强度和弯曲模量;膨胀石墨的添加显著提高了镁碳材料的抗热震性但对材料的抗氧化性不利;当膨胀石墨的加入量为0.5wt％时,镁碳材料的综合性能最好,若想加大膨胀石墨的添加量,需对其抗氧化性进行改善.     

SiC含量对C/C-SiC复合材料弯曲强度及抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷（PCS）为前驱体，对密度分别为1．34g／cm^3，1．52g／cm^3和1．62g／cm^3的针刺炭布C／C材料进行液相致密化处理，制得密度达1．75g／cm^3的C／C-SiC复合材料，并与密度为1．85g／cm^3的同结构高密度C／C材料的弯曲强度和抗氧化性能进行了对比分析。结果表明：密度为1．34g／cm^3的C／C材料经过PCS致密化处理，在保持高密度C／C材料的弯曲强度同时，显著提高了材料的抗氧化性能。     

碳/碳复合材料的热压烧结制备工艺与力学性能

为制备力学性能优异、致密度高的航空航天复合材料,本文采用纤维液相浸渍的致密化方法和真空热压炭化工艺,以天然鳞片石墨为碳基体、国产T300型碳纤维为增强体、中间相沥青粉为浸渍剂,通过分别改变沥青与石墨的原料质量配比(P/G)、浸渍温度等工艺参数,制备了一系列高性能碳/碳复合材料。然后,对复合材料的弯曲强度、断裂韧性、显孔率及密度等性能进行测试,再通过扫描电子显微镜对复合材料的微观形貌进行分析。研究结果表明:当P/G为1,浸渍温度为300℃时,碳/碳复合材料表现出较好的综合性能。其中,平均弯曲强度可达360 MPa,断裂韧性为6.02 MPa·m~(1/2),已达国内先进水平。同时实际密度为1.75 g·cm~(-3),显孔率为1.7%,致密度可达94.6%。     

废旧聚丙烯框料的增强增韧研究

采用熔融共混法制备了废旧聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物(r-PP/POE)复合材料,研究了POE加入量对材料力学性能的影响。并在此基础上制备了废旧聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物/碳酸钙(r-PP/POE/CaCO3)、废旧聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物/废旧玻璃纤维(r-PP/POE/r-GF)两种三元体系,研究了CaCO3和r-GF的加入量对材料力学性能和流动性能的影响。结果表明,CaCO3的加入可以提高材料的冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度,但会降低断裂伸长率和熔体质量流动速率;废旧玻璃纤维的加入可以增加冲击强度、弯曲强度和弯曲模量,降低拉伸强度和断裂伸长率。     

高填充粉煤灰碳金板材的制备及硅烷偶联剂对其性能的影响

采用热压法制备了高填充粉煤灰碳金板材,研究了硅烷偶联剂对碳金板材力学性能的影响。采用扫描电镜对其断面形貌进行检测及能谱分析,结果表明:适当地添加硅烷偶联剂可以提高碳金板材的力学性能。当粉煤灰为400phr、硅烷偶联剂KH550的添加量为粉煤灰质量的2%时,碳金板材的力学性能达到最佳;拉伸强度31.59MPa,弯曲强度58.33MPa,冲击强度2.07kJ/m²,达到了通用建筑装饰材料的使用指标;粉煤灰填充量高达73%。     

碳/碳复合保温材料保温性能影响因素研究

碳/碳复合保温材料主要应用于高温环境中,其在高温环境下的导热系数至关重要,研究了碳纤维含量及2400℃石墨化处理对碳/碳复合保温材料的影响。研究发现,在保证材料强度的前提下,碳纤维的含量越高,材料的保温性能越好,1500℃下导热系数能达到0.215w/m·K;石墨化处理降低了材料的保温性能。     

催化剂种类对C/C复合材料结构和性能的影响

以自制高成炭率氨酚醛树脂为基体炭源,采用溶剂分散铁、硼和铬催化剂、多次液相浸渍–炭化增密和石墨化处理的方法制备出密度为1.20～1.61g/cm3的碳/碳(C/C)复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针测试仪和弯曲强度测试等手段研究了催化剂种类对酚醛树脂基C/C复合材料结构和性能的影响。结果表明:硼、铁和铬等催化剂的引入可显著提高C/C复合材料的整体石墨化程度,降低其电阻率,催化石墨化效果按Fe,B,Cr的顺序依次降低;密度对电阻率及其分布有重要影响,体积密度较高的C/C复合材料的电阻率分布较均匀。催化剂的引入使得C/C复合材料的弯曲强度有所下降,但表现出明显的韧性断裂特征。     

PIP法制备C/C-SiC复合材料的工艺研究

以聚碳硅烷为原料,利用前驱体浸渍裂解工艺制备了C/C-SiC复合材料。分别研究了以二乙烯基苯和二甲苯为溶剂的聚碳硅烷溶液的粘度值,选择最佳的溶液对复合材料进行浸渍裂解,同时研究了浸渍工艺对复合材料致密度的影响,并对制备的C/C-SiC复合材料进行了微观结构分析。研究表明:以二甲苯为溶剂配制的质量比为0.4的聚碳硅烷溶液在35°C下具有良好的流动性,裂解产率较高;采用超声、真空加压浸渍方式能够有效提高C/C-SiC复合材料的致密度,缩短制备周期。通过9个周期的浸渍裂解,将复合材料的密度快速提升至1.85 g/cm~3,材料的最终开气孔率为12.50%,材料内部结构致密,力学性能优异。     

载气条件对C/C复合材料CVI致密化效率及性能的影响研究

以天然气为碳源前驱体、N₂作为载气,采用等温、等压化学气相渗透(CVI)工艺,对初始密度为0.42g/cm³的预制体针刺毡进行致密得到C/C复合材料,本文研究了载气条件对C/C复合材料的致密化效率、微观结构及性能的影响。研究结果表明,沉积温度1050℃、沉积压力4KPa条件下,沉积120h后送N₂(天然气与N₂的比例为5∶1),300h致密化后C/C复合材料的密度可达到1.46g/cm³,表观和内层的密度差异仅为0.07g/cm³;复合材料表面可看到明显的预制体孔隙,未出现结壳情况;弯曲强度可达到107.8MPa,断口形貌以假塑性断裂为主,纤维与热解碳之间结合良好;在1000℃下垂直纤维方向的最大热膨胀系数仅为0.925×10^-6/℃,说明复合材料具有优异的热力学性能。     

基于共混纤维制备碳纸的工艺优化研究

碳纸作为气体扩散层的基底层材料,是燃料电池的核心组成部件之一。本文以聚丙烯腈基短切碳纤维(PANCF)/中间相沥青基短切碳纤维(MPCF)为原料,通过碳纤维分散、抄纸、浸渍、热压固化及碳化等工艺制备碳纸。研究考察了PANCF/MPCF比例、PANCF长度对碳纸性能的影响。结果表明,随着PANCF/MPCF比例增大,碳纸力学性能有所提升,但导电性能下降;随着PANCF长度的增加,碳纤维分散性有所降低,碳纸电阻率小幅增加,拉伸强度先增后减,弯曲强度呈上升趋势。当PANCF/MPCF比例为5∶5,PANCF长度为6 mm时,所制得的碳纸性能最佳,其电阻率为5.6 mΩ·cm,拉伸强度高达31.6 MPa,弯曲强度高达41.9 MPa。     

碳布增强聚芳基乙炔新型防热材料

本文研究了新型高碳聚芳基乙炔树脂(PAA)的成碳率及其碳布增强防热材料(2DC/PAA)成型工艺,对复合材料的性能进行了表征.结果表明,聚芳基乙炔树脂的成碳率高于酚醛树脂,C/PAA材料烧蚀性能优异,氧-乙炔线烧蚀率0.004mm/s;但材料机械性能较低,剪切强度仅为5.8MPa.     

模压压力对SiC/SiC复合材料力学性能及力学行为的影响

采用热模压辅助聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了国产近化学计量比SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料,通过阿基米德排水法和SEM技术对SiC/SiC复合材料致密化过程进行表征,采用弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性对SiC/SiC复合材料力学性能和力学行为进行评价。研究表明,热模压压力是影响材料结构和性能的重要因素,热模压在提升材料致密度的同时,亦造成纤维的损伤。随着热模压压力的增加,SiC/SiC复合材料力学性能先增加后降低。热模压压力适中时,致密度增加因素占优,材料力学性能较为优异;热模压压力较大时候,热模压操作对纤维性能的损伤因素逐渐凸显,基体致密化和纤维损伤两种作用机制相当。     

TiC掺杂碳陶瓷复合材料的制备与性能研究

采用TiC为陶瓷掺杂材料，对石墨材料进行改性，制备了TiC掺杂碳陶瓷复合材料。研究了TiC掺杂对碳陶瓷复合材料力学性能的影响，并从微观角度解释了TiC对碳陶瓷复合材料力学性能影响的机理。从研究结果可以看出，TiC掺杂可使碳陶瓷复合材料的抗折强度提高13．4％，抗压强度提高38．1％，气孔率降低16．9％；其机理在于TiC掺杂在碳陶瓷复合材料制备过程中能促进碳陶瓷石墨化，使晶体更加完整、细化，有利于力学性能的提高。     

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。     

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。     

BN纤维织物增强陶瓷透波材料的制备及其力学性能初探

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解工艺制备BN纤维织物增强陶瓷透波材料,研究了复合材料的致密化工艺和力学性能。结果表明:先驱体PHPS在1637℃裂解产物主晶相为α-Si3N4。以PIP工艺制备BNf/Si3N4复合材料,经过4个浸渍裂解周期密度达到1·5g/cm3,复合材料的室温弯曲强度达到39·6MPa。裂解过程中,PHPS与BN纤维发生了强界面反应,导致复合材料力学性能不高。     

二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状

二维碳/碳复合材料以其优秀的力学性能和热物理性能，在火箭发动机喷管、航天飞行器热防护结构等领域得到广泛应用。针对二维碳/碳复合材料的服役工况需求，国内外研究主要集焦于二维碳/碳复合材料的力学性能及其影响因素，包括碳纤维、碳基体、纤维/基体界面及致密工艺等方面。本文综述了二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状，拟为进一步优化二维碳/碳复合材料力学性能提供参考。     

纳米技术对镁碳耐火材料的改进研究

传统镁碳材料中含碳量较高,不利于洁净钢精炼技术及节能减排技术的发展。采用纳米技术可有效降低镁碳耐火材料的碳含量,更重要的是,纳米碳还能改善材料结构,使其致密化、微细化,提高强度和耐蚀性的同时还可提高镁碳材料的韧性、抗氧化性等物理性能。解决好纳米碳技术在镁碳耐火材料中的分散性及降低其生产成本将是今后世界范围内研究新型镁碳耐火材料的重点。