PIP工艺制备2D C/SiC复合材料Z-向穿刺工艺

针对2D C/SiC复合材料存在碳布层间缺乏纤维增强,层间结合较差的问题,提出通过Z-向穿刺工艺提高碳布层间结合,克服材料使用时可靠性不高的问题,并比较了穿刺工艺对复合材料微观结构和力学性能的影响.结果表明,通过Z-向穿刺工艺制得试样2D C/SiC-Z_(pin)的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别为247.8 MPa、37.8 GPa和32.1 MPa,而未穿刺试样2D C/SiC的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别只有219.3 MPa、34.4 GPa和23.3 MPa,由此可见,采用Z-向穿刺工艺能明显提高复合材料的力学性能.微观结构分析认为,试样力学性能提高的根本原因在于采用Z-向穿刺纤维加强了碳布层间结合,使材料具有较好的整体性,克服了复合材料层间结合较弱对力学性能带来的不利影响.     

碳/碳-碳化硅复合材料在舰载机尾流场中烧蚀性能研究

为了提高航空母舰燃气导流板的工作性能,将碳/碳-碳化硅复合材料（C/C-SiC）试件在舰载机尾流中做模拟起飞工况的多次重复烧蚀试验,测定试件的烧蚀率和抗热震性能;采用扫描电镜（SEM）和微CT观察试件烧蚀后的微观形貌,采用能谱分析（EDS）测量燃烧产物的成份,对试件的烧蚀机理和热震损伤机制进行分析。结果表明：试件的线烧蚀率约为0.0405mm/s,质量烧蚀率约为0.0349g/s。在热影响区,复合材料基体在热震的作用下出现裂纹,而氧化反应不明显;在过渡区,热震使试件发生氧化反应生成SiO2在碳纤维的周围沉积,形成包鞘结构,有效地阻滞了氧化反应向内部传递,降低了试件的烧蚀率;在烧蚀中心区,生成的SiO2易被高速气流吹除掉而无法大量沉积,对氧化反应的阻滞作用不大,试件在此处烧蚀成凹坑,碳纤维呈尖笋状分布;试件的损伤机制是裂纹和氧化共同作用的结果,复合材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。     

C／C复合材料ZrB2-SiC基陶瓷涂层制备及烧蚀性能研究

为提高C／C复合材料的抗烧蚀性能,采用两步刷涂一烧结法制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层。首先利用反应烧结制备ZrB2-SiC—ZrC过渡层,并在此基础上制备了ZrB2-20％SiC-5％Si3N4、ZrB2．15％SIC-20％MoSi2、ZrB2．15％SiC-20％TaC3种外涂层。利用XRD和扫描电镜研究了涂层的相组成和显微形貌,并采用氧乙炔焰烧蚀仪测试了涂层在2500℃、60S的抗烧蚀性能,探讨了涂层的高温烧蚀机理。结果表明：利用反应烧结制备的过渡层与基体结合紧密,且与外涂层无明显分层现象,起到了良好的过渡作用;由于Si,N4及MoSi2起到了烧结助剂作用,使ZrB2—20％SiC-5％Si,N4、ZrB2．15％SiC．20％MoSi2外涂层结构较为致密;ZrB2—20％SiC-5％si3N4、ZrB2—15％SiC～20％MoSi2涂层表现出了较好的抗烧蚀性能,其中ZrB2-20％SiC-5％Si3N4涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0．075mm/s、0．0081/s,ZrB2—15％SIC-20％MoSi2涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0．018mm／s、0．0064g／s,而ZrB2-15％SIC-20％TaC涂层由于结构较为松散,未能起到有效的氧化防护,导致涂层被烧穿。     

Pt-NiO/C复合材料的制备及对乙醇的电催化性能

采用水热法在不同水热温度下合成了氧化镍。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产品进行了表征。获得制备氧化镍的最佳水热温度为85℃,该温度下产物为具有二级结构的球状颗粒,平均粒径3~4μm,二级片状结构的平均厚度为70~80 nm。然后电沉积铂获得Pt-NiO/C,利用循环伏安法探索不同铂含量的复合材料对乙醇的电催化性能。结果表明,沉积40次时Pt-NiO/C的电催化性能最佳。     

C／C-SiC材料的快速制备及显微结构研究

分别以碳毡和二维碳纤维为预制体，采用化学液相气化渗入法结合熔融渗硅反应法快速制备了C／C-SiC陶瓷复合材料。对这种材料的密度和气孔率进行了表征，并通过XRD，OM和SEM等方法对其相组成、显微结构和反应机理进行了研究。结果表明：不同预制体制备的C／C—SiC材料密度和气孔率分别为～2．0g／cm^3和～1．0％。其相组成包括反应生成β-SiC以及未反应的游离Si和C。C／C—SiC中纤维被环状的沉积碳包裹，生成SiC的反应只发生在Si与沉积碳之间，纤维没有损伤。Si，C和SiC各相分布和含量因预制体的不同而有明显差异。     

LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及其抗烧蚀性能

采用料浆浸渍结合树脂浸渍裂解法制备了含9.73 wt.% LaB6的LaB6-C/C预制体,再利用反应熔体浸渍法（RMI）制备了LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料,考察了材料的微观结构和烧蚀行为,探究LaB6对材料抗烧蚀性能的作用机理。结果表明：在热流密度为2380 kw/m2的氧乙炔焰烧蚀120 s后,LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.05×10-3 g/s和2.17×10-3 mm/s,较未改性C/C-ZrC-SiC复合材料分别降低了74.8 %和61.9 %。烧蚀过程中,LaB6发生氧化反应生成La2O3和B2O3,La2O3与ZrO2之间的固溶作用以及化学反应,再加之液态B2O3具有促进固相反应传质的作用,使得材料表面形成大面积连续稳定的ZrO2-La2Zr2O7-La0.1Zr0.9O1.95熔融态保护层,这是材料优异抗烧蚀性能的主要原因。     

Structure and Properties of W-Cu/AlN Composites Prepared via a Hot Press-Sintering Method

采用高能球磨技术制备W-30%Cu（质量分数）纳米晶粉体,再通过球磨混粉的方法添加不同质量分数的纳米AlN颗粒,然后采用热压烧结法得到W-30Cu/x%AlN复合材料。研究并比较了纳米AIN的加入对材料组织结构、物理以及力学性能的影响。结果表明,W-30Cu/x%AlN复合材料都有较致密和均匀的组织结构,AlN的添加,细化了烧结体中W颗粒;纳米AlN颗粒的添加提高了复合材料的硬度,但是随着A1N纳米颗粒含量的增加,基体晶界上的增强相颗粒分布过多,而使材料的抗弯强度有所下降;少量纳米AlN颗粒(≤1%)的添加有利于W-Cu复合材料的热导率提高,随AIN添加量的增加,复合材料的电阻率升高,电导率下降。     

SiC微粉含量对2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能影响

对PIP法制备2D-SiC_f/SiC复合材料成形浆料中惰性填料SiC含量对2D-SiC_f/SiC复合材料孔隙率、纤维体积分数以及力学性能影响进行研究.研究表明,SiC微粉含量较低时,浆料粘度过低,导致层间存在较大气孔,纤维体积分数不高,致使复合材料力学性能不佳,当SiC微粉含量过高时,浆料粘度过大,层间基体厚度增加,纤维体积分数下降,并且浸渍效率降低,孔隙率增大,复合材料力学性能下降.当SiC微粉含量为33.3%时,复合材料具有较低的孔隙率和较高的纤维体积分数,复合材料具有较好的力学性能,弯曲强度和断裂韧性分别达到211.7 MPa和8.56 MPa·m~(1/2).     

等离子喷涂制备ZrB_2-SiC涂层及其抗氧-丙烷焰流烧蚀性能

为提高C/C复合材料的抗高温烧蚀性能,利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,并对其进行抗高温氧-丙烷焰流烧蚀试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果表明:大气等离子喷涂能在C/C复合材料表面制备出均匀致密的ZrB_2-SiC复合涂层,涂覆有ZrB_2-SiC涂层的C/C复合材料分别承受1 600、1 700和1 800℃的氧-丙烷焰流烧蚀300 s后依次增重0.63%、0.76%和0.71%,而烧蚀600s后试样质量烧蚀率分别为9.42×10~(-5)、2.04×10~(-4)和1.04×10~(-3)g/s。ZrB_2-SiC涂层显著提高了C/C复合材料的抗烧蚀性能,涂层氧化生成的玻璃态SiO_2能有效填充孔隙。直到SiO_2耗尽,涂层烧蚀后的孔洞成为环境中的氧进入基体的通道,导致基体烧蚀。     

固体火箭发动机3D C/C材料喉衬热结构模拟与烧蚀行为

以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/Al三组元为推进剂,在压强6.5 MPa、工作时间20、60、95 s的烧蚀条件下,进行长时间的固体火箭发动机烧蚀,模拟计算了喷管3D C/C材料喉衬热平衡状态下的对流换热系数、温度场和应力场,结合计算结果分析了喉衬各区的烧蚀特征与机理。结果表明：喉衬收敛段温度最高,烧蚀为氧化组分（H₂O、CO₂、H₂）与表面碳发生的热化学烧蚀;喉径区换热系数最大,温度较高,内表面在应力作用下,烧蚀最为严重,为燃气热化学烧蚀、高速气流机械剥蚀及粒子冲刷的共同作用,表面呈现出微小的沟槽或裂纹,应力与氧化使喉衬在低于材料极限应力下发生分解破坏;出口段应力降低,温度明显下降,烧蚀率显著降低。喉衬烧蚀机理为温度、应力影响下燃气氧化组分与碳的热化学烧蚀、气流机械剥蚀和Al₂O₃颗粒侵蚀的联合作用。     

C/C材料在热力耦合场作用下损伤失效分析

通过C/C复合材料热化学烧蚀机理分析,模拟高温烧蚀条件下的动态热力学行为;引入随机建模理论,确立了损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数,通过与高温试验数据相比较,得出高温条件下的损伤演化特征;并以随机损伤理论应用于失效分析,利用不同温度下材料服从随机场分布的失效强度,确定结构各个单元在复杂应力状态下的热结构动态损伤、失效分布规律.     

碳/铜复合材料摩擦磨损性能的研究

将用机械合金化法制备的碳/铜复合材料粉末进行放电等离子烧结。对烧结后的样品进行了摩擦磨损性能研究。结果表明,复合材料的摩擦系数均随含碳量的增加呈下降趋势;当碳含量为6%时,磨损率最低。     

三维C／SiC复合材料在线液相渗透连接

为得到C／SiC复合材料的强连接，利用三维编织碳纤维增韧碳化硅(C／SiC)复合材料在制备过程中残留的孔隙，采用Ni合金作为中间层在1300℃保温45min、真空条件下对三维C／SiC复合材料用液相渗透连接方法进行了在线连接，所施压力为20MPa。利用扫描电镜(SEM)及能谱初步分析了连接情况，结果表明Ni合金与C／SiC复合材料有较好的润湿性，续沉积SiC后试样三点弯曲强度可达σ拉=252．1MPa，σ压=260．3MPa。     

CVI C／C复合材料及其表面HA涂层成骨细胞体外响应行为对比研究

采用声电化学工艺在CVI C／C复合材料表面制备了HA涂层，分别用SEM，XPS，EDAX和XRD表征了CVI C／C和HA的表面形貌、组成和结构，同时对比了成骨细胞在其表面的粘附、增殖和碱性磷酸酶活性的表达。制备的HA涂层为球状形貌，由纳米片状晶体构成。细胞培养初期，粘附于HA涂层表面的细胞数与CVI C／C表面的细胞数无显著差别，成骨细胞在CVI C／C表面易铺展在孔的边缘，8h后粘附于HA表面的成骨细胞数显著多于CVI C／C表面。HA涂层提高了细胞的增殖能力，成骨细胞碱性磷酸酶在HA涂层表面的表达也优于CVI C／C材料。结果表明，声电化学制备的HA涂层提高了CVI C／C材料的生物活性和生物相容性，可以加速成骨细胞的粘附、增殖、分化和成熟。成骨细胞在材料表面的粘附机制是由多因素综合作用的，材料的表面形貌和生物活性在细胞粘附过程的早期发挥着重要作用。     

多孔C泡沫预制体液相渗硅制备C/SiC复合材料研究

以多孔C泡沫为预制体,利用液相渗Si工艺制备了C/SiC复合材料。采用酚醛树脂浸渍-裂解工艺对C泡沫预制体的孔隙率进行调整,考察浸渍-裂解周期对C泡沫预制体孔隙率的影响,研究了C泡沫预制体孔隙率对C/SiC复合材料密度、力学性能、组成和结构的影响。结果表明:预制体孔隙率为72%时制备的C/SiC复合材料性能较好,其密度为2.58g/cm3、弹性模量为81.39GPa,抗弯曲强度为83.88MPa;随着预制体孔隙率的降低,复合材料的密度、弹性模量和抗弯曲强度不断降低,预制体孔隙率的降低影响液相Si充分扩散与C反应,造成复合材料内部存在大量闭孔,这是导致C/SiC复合材料性能下降的主要原因。     

Ti含量对Ni-14Cr-10P-xTi焊膏连接C/C复合材料组织及性能的影响

将不同质量分数的钛粉加入Ni-14Cr-10P合金粉末中,再配合高分子聚合物制得膏状Ni-14Cr-10P-x Ti活性钎料,用制得的焊膏钎焊C/C复合材料,然后测试了钎焊接头的剪切强度,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪、电子探针显微分析仪等对钎焊接头界面组织特征进行分析。结果表明:活性元素Cr、Ti与C/C复合材料表面的C反应而起到表面改性的作用,使得钎料能在C/C复合材料表面润湿、填缝。随着Ti元素加入量的增加,钎焊接头剪切强度先增加再降低。Ti质量分数为1%时,TiC呈颗粒状弥散分布,使得钎料层强化,接头剪切强度增加;当Ti增加到3%时,在界面处形成了连续的Cr_3C_2/TiC脆性材料层,接头剪切强度下降;Ti质量分数达到5%时,Ti与Cr_3C_2反应使得梯度界面层消失,界面物质热膨胀系数差异增大,残余热应力增加,同时Ti与Ni、Cr形成的金属间化合物增加并集中分布在钎料层中,导致接头剪切强度急剧下降。     

铝基活性钎料真空钎焊C_f/C复合材料焊接接头的组织及性能

用铝基活性钎料对C_f/C复合材料进行真空钎焊,并对接头的微观组织、形成机理和接头强度进行了试验研究.结果表明,使用铝基活性钎料可以实现C_f/C复合材料的连接,且在试验温度范围内,接头强度随钎料成分不同而发生变化.电子探针观察表明,钎料与C_f/C复合材料钎焊接头润湿性良好,存在成分偏聚层,这种层状结构对缓和焊接残余应力十分有利.室温下接头最高剪切强度可达16MPa.     

ZrC-SiC-MoSi2涂覆C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料在氧乙炔焰下的烧蚀行为及机理(英文)

为进一步提高C/C复合材料在不同烧蚀环境下的烧蚀性能,采用浆料刷涂法在C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料上制备Zr含量分别为34%和60%(质量分数)的ZrC-SiC-MoSi₂涂层,并且利用氧乙炔焰研究涂层C/C-SiC-ZrC复合材料在3种不同氧气及乙炔流量下的烧蚀行为。结果表明：随着Zr含量的增加,涂层内部的ZrC和SiC颗粒尺寸明显减小,且颗粒分布更加均匀。Zr含量为60%的涂层线烧蚀率随氧气和乙炔流量的增加而增加,而Zr含量为34%的涂层线烧蚀率随氧气和乙炔流量的增加,先增加后降低。此外,详细讨论ZrC-SiC-MoSi₂涂层在不同条件下的烧蚀机理。随着氧气和乙炔流量的增加,主要的烧蚀机制由氧化变为氧化和蒸发的结合作用,最后变为氧化、蒸发及剥蚀的结合作用。     

喷射成形法原位生成Cr3C2/Cu复合材料组织与性能

采用真空电弧炉熔铸＋喷铸成形技术，以Cu-0．8Cr-0．04RE（55wt％La＋45wt％Ce）为名义成分，通过熔铸过程中原位自生成的Cr碳化物制备了颗粒增强Cr3C2／Cu复合材料；研究了该材料的显微组织、力学性能和电学性能。结果表明：经冷变形和时效处理后该材料的显微组织特征为以稳定的等轴晶α-Cu相为基，其上弥散分布着Cr3C2颗粒；经适当的冷变形＋时效处理后，该材料抗拉强度664．5MPa，显微硬度220HV100，电导率82．5％IACS．软化温度550℃，可满足超大规模集成电路引线框架材料所要求的主要性能指标。     

Fracture mechanism of 2D-C/C composites with pure smooth laminar pyrocarbon matrix under flexural loading

Using natural gas as carbon source, 2D needle felt as preform, 2D-C/C composites were prepared by thermal gradient chemical vapor infiltration. Their microstructures were observed under polarized light microscope (PLM) and scanning electron microscope (SEM), and the flexural behaviors before and after heat-treatment were studied with a universal mechanical testing machine. The fracture mechanism of the composites was discussed in detail. The results show that, carbon matrix exhibits pure smooth laminar (SL) characteristic including numerous wrinkled layered structures and some inter-laminar micro-cracks. With the decreasing density, the strength of the composites decreases and the toughness increases slightly; after 2500 °C heat-treatment, the inter-laminar micro-cracks in matrix increase, the strength decreases, and the toughness obviously increases. The fracture mode of the composites changes from brittle to pseudo-plastic characteristic due to more crack deflections in SL matrix.