自蔓延高温合成Cf／TiC-TiB2复合材料的力学性能研究

为提高TiC—TiB2复合材料的强度和韧性以拓宽其应用，用自蔓延高温合成结合准热等静压（SHS／PHIP）的方法制备了碳纤维质量分数分别为0％，1％，3％，5％，7％的Cr／TiC—TiB2复合材料。通过实验测定，随碳纤维含量的增加，Cf／TiC—TiB2复合材料的弯曲强度和断裂韧性都呈现先增加后降低的趋势。当碳纤维含量达到3％时，强度和韧性分别为406．12MPa和6．26MPa．m^1/2，均高于纯TiC-TiB2陶瓷。纤维的断裂、桥连和裂纹的偏转是复合材料的主要增韧机制。     

Cf/SiC制动材料弯曲性能的研究

以短碳纤维为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备Cf/SiC陶瓷制动材料.研究了烧结助剂含量、烧结温度、碳纤维长度和碳纤维体积分数对该复合材料弯曲强度性能的影响.结果表明:随着烧结助剂含量的增加,Cf/SiC制动材料的密度先增加后减小,抗弯强度也先增加后减小;随着烧结温度的增加,Cf/SiC制动材料的弯曲强度先增大后减小;随着碳纤维长度的增加,材料的弯曲强度先增大后减小,当碳纤维含量分别为5％、10％、15％时,该复合材料的弯曲强度先增大后减小.     

热压烧结法制备C_f/TiC/Cu复合材料的组织及性能

采用热压烧结法制备Cf/TiC/Cu复合材料,研究Cf/TiC/Cu复合材料的界面反应原理及微观形貌,以及碳纤维(Cf)含量对复合材料密度、强度等性能的影响。结果表明:Cu-C-Ti三元体系在低于1100℃时,溶解在铜液中的钛原子与碳纤维接触发生反应,在碳纤维表面形成以TiC为主相的过渡层。该过渡层靠近铜液的一侧可能覆盖着一层钛铜化合物膜,TiC通过该膜层与铜紧密结合在一起,改善铜与碳纤维的界面结合,因此有利于提高Cf/TiC/Cu复合材料的性能。在钛含量不变的情况下,随碳纤维含量(质量分数)的增加,材料性能有所降低,当碳纤维含量为5%时,Cf/TiC/Cu复合材料的综合性能最好,其电阻率低达0.054μΩ·m,平行于压力方向的抗弯强度为237.90MPa,垂直于压力方向的抗弯强度为237.44MPa。     

Cf/SiC制动材料压缩性能的研究

实验以短碳纤维代替连续碳纤维编织为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备Cf/SiC陶瓷基制动材料.从碳纤维分布、碳纤维长度和碳纤维体积分数3个方面研究对复合材料压缩强度性能的影响.研究结果表明:当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的压缩强度得到提高;随着碳纤维长度的增加,材料的压缩强度先增大后减小;碳纤维含量分别为5％、10％、15％时,复合材料的压缩强度先增大后减小,当碳纤维含量为10％时,垂直纤维层方向压缩强度为39.04 MPa,平行纤维层方向压缩强度为35.24 MPa.     

短碳纤维增强羟基磷灰石生物材料的制备与性能

以短碳纤维(Cf)为增强体,采用湿法搅拌均化和自组装合成工艺使短碳纤维均匀分散于反应生成的羟基磷灰石(HA)粉体中,30 MPa下将复合粉体压制成型,并于1250℃氮气保护气氛常压烧结制备了短碳纤维增强羟基磷灰石生物复合材料(Cf/HA).为提高复合材料的界面结合,低温氧化法对碳纤维进行表面处理.采用IR,SEM技术研究短碳纤维处理前后的表面状态;SEM观察复合粉体的分散效果及复合陶瓷的断口形貌;三点弯曲法测其抗弯强度;单边切口梁法测其断裂韧性.实验结果表明碳纤维的表面处理对力学性能有很大影响,可大大提高复合材料界面结合强度,Cf添加量为0.5%(质量分数)时,增强效果最为理想,最大抗弯强度为67.70 MPa,断裂韧性达1.18 MPa.m1/2,比Cf未氧化处理的复合材料分别提高近20%和18%.研究表明湿法搅拌均化和自组装合成工艺是一种行之有效的均化技术,具有最小的纤维损伤度、高的碳纤维体积分数以及操作便利等优点,常压下烧结制备的短Cf/HA复合材料是一种很有发展前途的骨替代植入材料.     

硅树脂先驱体转化制备2DCf/Si-O-C

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料,采用PIP工艺制备了2D Cf/Si-O-C材料,考察了浆料配比对材料力学性能和抗氧化性能的影响.结果表明:硅树脂/乙醇/SiC配比为3∶1.2∶1时所制备材料的力学性能较好,其弯曲强度和断裂韧性分别达到249 MPa和12.7 MPa·m1/2.与力学性能的变化趋势不同,随着浆料中SiC含量的增加,材料的抗氧化性能随之提高,硅树脂/乙醇/SiC配比为3∶1.2∶4时所制备材料在1300℃氧化10 min后,弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了76.3%和83.9%,较未添加SiC微粉的2D Cf/Si-O-C材料有明显提高.     

不同强度碳纤维在PIP工艺中的损伤

针对先驱体聚碳硅烷浸渍裂解工艺(PIP)制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维损伤严重的问题,研究了在Cf/SiC复合材料制备过程中不同强度碳纤维的损伤,并采用SEM、XRD、XRFS等手段进行表征.结果表明,低强度碳纤维表面缺陷多、内部杂质含量高,易在制备工艺中热应力拉伸或弯折破坏模式下损伤,这些是造成Cf/SiC复合材料性能差的主要原因.     

纤维表面状态对Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用浸渍裂解工艺制备出3D Cf/Si-O-C陶瓷基复合材料,研究了碳纤维表面状态对材料结构与性能的影响.本研究以热处理的方式改变纤维表面状态,并利用XPS对热处理前后纤维表面状态进行了表征.结果表明热处理能够降低纤维表面活性;纤维表面活性降低实现了复合材料中纤维-基体界面的弱化,减小了碳纤维在材料制备过程中的损伤;由低表面活性纤维制备的Cf/Si-O-C复合材料性能优异,弯曲强度和断裂韧性分别达到534MPa,23.4 MPa·m1/2,是由高表面活性纤维所得复合材料的6倍和10倍.     

首周期工艺条件对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期不同工艺条件对材料性能的影响.结果表明首周期1600℃真空裂解的Cf/SiC复合材料性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别达到497MPa和29.6 MPa·m1/2;首周期采用缓慢降温可以小幅度地提高Cf/SiC复合材料的力学性能.     

基于SPS-热轧法钨颗粒增强铝基复合材料微观组织及力学性能研究

本文采用放电等离子烧结→热轧制方法制备了颗粒含量为1～7%的钨颗粒增强铝基复合材料,研究钨颗粒含量对复合材料的微观组织、机械性能和导电性能的影响。研究结果表明：钨颗粒均匀的分布在基体铝合金当中,W/Al界面之间达到了冶金结合,在界面处存在元素扩散和WAl12金属间化合物的生成。在复合材料中,随着钨颗粒含量的增加,复合材料的致密度和韧性降低而拉伸强度呈现先升高后降低的趋势。其中,1和3 vol.% W/Al复合材料的拉伸强度和断裂韧性分别为192.85 MPa (16.84%) 和315.18 MPa (11.93%)。此外,W/Al复合材料具有良好的电导率,W颗粒的含量对复合材料的影响较小。