中间相沥青基碳/碳复合材料的组织与性能

以3K PAN基碳纤维为增强体,以中间相沥青为基体前驱体,采用压力浸渍-碳化工艺制备出2D中间相沥青基碳/碳复合材料.研究分析了材料的偏光组织结构、弯曲性能及弯曲断口形貌,结果表明:基体碳的组织结构随碳化压力的不同而变化,低压时以小域组织为主,高压时以广域流线型组织为主;材料的抗弯强度、密度随碳化压力的增加而增高,最高抗弯强度可达278MPa;断裂特征与材料的密度、界面结合状况有关,密度较高、界面结合适中时,弯曲断口以纤维断裂、纤维拔出为主,材料具有韧性断裂特征.     

高压浸渍-炭化制备炭/炭复合材料的组织结构

为研究高压浸渍-炭化制备的炭/炭复合材料的组织结构,以1 K PAN基高强度炭纤维为增强体,以调制中温煤沥青为基体前驱体,采用超高压浸渍-炭化工艺制备出2.5D沥青基炭/炭复合材料.采用偏光显微镜及SEM电镜对材料内部的组织形态进行了观察.研究表明:以中温沥青为基体前驱体所制备的炭/炭复合材料,在纤维束内,由于纤维之间的孔隙较小,形成的基体组织主要为镶嵌组织;而在纤维束之间,由于空间较大,出现的基体组织既有镶嵌型组织,也有域型组织.在沥青基炭基体中,有孔洞、裂纹、沟槽等缺陷.     

碳／碳材料快速CVD工艺结构性能及应用研究

首次提出了快速化学气相沉积碳／碳复合材料的工艺模型，设计出制备碳／碳复合材料的新工艺－－快速定向扩散法。这种方法能省去常规制备方法中需多次３人反复进行的中间机加工、高温热工处理工序，缩短制备周期约达１／４，制备的碳／碳复合材料的密度达到１．８５以上。弯曲强度、弯曲模量分别高达２４５ＭＰａ、４９ＧＰａ，氧化起始点将近提高３００℃。深入研究了快速化学气相沉积碳／碳复合材料的组织特征，揭示了工艺、性能和     

聚碳硅烷化学转化制备SiCw／SiC复合材料的研究

研究了以ＳｉＣ晶须为增强剂和以聚碳硅烷为先驱体热解制备ＳｉＣｗ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料的成型工艺及其热物理性能。同时对ＳｉＣｗ／ＳｉＣ复合材料高温氧化机理进行探索。制得的ＳｉＣｗ／ＳｉＣ复合材料的密度为２．１９／ｃｍ￣３，弯曲强度为２５０ＭＰａ。     

毡基碳/碳复合材料氧化动力学研究

本文研究了不同温度(773～1173K)条件下,毡基碳/碳复合材料的氧化动力学行为,并利用扫描电镜观察分析了不同氧化程度的碳/碳复合材料显微组织。实验结果表明:毡基碳/碳复合材料在各温度下氧化速度均不随时间而变化。在高于和低于873K时,其氧化机制不同,二者的活化能分别为128kJ/mol和96kJ/mol;同时,碳/碳复合材料氧化过程中。碳毡优先氧化,随着氧化过程进行到后期,基体碳氧化程度加剧。另一方面,毡基碳/碳复合材料的氧化速度主要受该材料的表面反应、气体扩散、催化剂等因素的影响。     

热解碳涂层碳纤维增强碳化硅复合材料热压工艺研究

采用经妥碳涂层的Ｍ４０ＪＢ碳纤维，以有机硅先驱体聚碳硅烷为粘结剂，絷压烧结制备了Ｃｔ／ＳｉＣ复合材料。测试了复合材料的性能并进行了对比，同时运用ＳＥＭ，ＴＥＭ等分析手段对复合材料的微观结构进行了表生。结果表明，所采用的碳纤维热解碳涂层对复合材料的性能有较大的影响，较好的热压温度为１８５０℃，压力为２５ＭＰａ。     

碳／碳复合材料活塞的制造与性能

介绍了用Ｃ／Ｃ复合材料制造的航模发动机活塞的新方法，并研究了制备工艺，对用相同方法制造的短梁试样进行了性能测试和微观组织分析。实验结果表明：所制得活塞的密度达到１．４３ｇ／ｃｍ３，剪切强度最高达到１６．８９ＭＰａ，弹性模量７．５５ＧＰａ，断裂强度２５．５２ＭＰａ，其试样断口为纤维拔出型。     

3D混杂梯度结构碳/碳复合材料微观结构和性能研究

采用Z-PIN与粘胶基碳纤维毡、粘胶基碳纤维平纹织物、聚丙烯氰基碳纤维平纹织物制备了3D混杂梯度纤维预制体,多相碳素基体经丙烯等温化学气相渗透(ISO-CVI)和煤焦油沥青高压浸渍碳化(HPIC)复合工艺制备,分析研究了多相碳素基体的组织特征、Z向增强体对粘胶基碳纤维织物碳/碳复合材料(RCC)和聚丙烯氰基碳纤维织物碳/碳复合材料(ACC)层间性能的影响以及失效模式.碳基体的微观组织结构为各向同性层、光滑层和粗糙层多相复合体,粘胶基碳纤维表面和聚丙烯氰基碳纤维表面沉积碳的微观组织存在差异性.采用高密度Z-PIN增强体可提高层间性能40%～60%.失效模式为层间和纤维束内裂纹扩展,基体组织和纤维类型对层间性能的影响很小.     

沥青过渡层对C/C复合材料力学性能的影响

在2D碳／碳（C／C）复合材料的碳纤维与基体热解碳间引入中间相沥青做过渡层，研究了中间相沥青的引入对C／C复合材料力学性能的影响．结果表明，与没有过渡层，普通沥青做过渡层、中间相沥青做过渡层的三类C／C复合材料比较．采用沥青做过渡层可以提高复合材料的力学性能，采用中间相沥青做过渡层制备的C／C复合材料的弯曲强度比采用普通沥青做过渡层提高44％，剪切强度提高15％．中间相沥青的引入可以使碳纤维束间和束内的结合强度不同，从而使基体断裂产生的裂纹扩散时发生偏转，复合材料的强度和韧性同时得到提高．     

CLVI制备C/C复合材料的微观结构及力学性能研究

采用快速化学液相气化渗透法制备了碳/碳复合材料,沉积温度为850-1400℃,系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解碳的微观组织结构及断口形貌特征;针对该技术特殊的致密化环境,研究了三种类型热解碳的形成条件及沉积过程;观察结果表明:粗糙层热解碳以层状方式生长,生长层面为曲面形状,热解碳微观结构呈现出锥形生长特征;同时测定了材料的力学性能,发现材料破坏形式属于剪切-拉伸的复式破坏,但拉伸破坏为主导形式,材料的纤维/基体粘结强度较高,薄弱环节是层间结合部位.     

陶瓷前驱体配比对Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料抗氧化性能的影响

以SiC、ZrC、ZrB₂前驱体和二甲苯可溶煤沥青为原料共裂解制备了Si-Zr-B掺杂沥青, 掺杂沥青经共炭化、冷压成型以及高温热处理得到了Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料。采用XRD、SEM、EDS等手段分析了掺杂沥青基炭材料的组成和微观形貌, 并研究了其在1500℃静态空气环境中的氧化行为。结果表明, 随着SiC前驱体含量的降低, Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料的失重率呈现先减少后增大的趋势, 当原料中SiC、ZrC和ZrB₂前驱体质量比为1:2:1时, 所制备的样品具有较好的抗氧化性能, 它在1500℃氧化4 h, 失重为27.5wt%, 氧化深度为0.7 mm。在Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料表面氧化形成的致密的SiO₂-ZrO₂-B₂O₃玻璃态阻氧层可以有效降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率, 提高其抗氧化性能。     

添加剂对煤沥青的改性作用及沥青焦性能的影响

通过考察添加剂加入量与煤沥青的甲苯不溶物含量、软化点、析焦量以及所得沥焦的抗氧化性和石墨化活性的关系,探讨了添加剂对煤沥青的改性作用及其对沥青焦性能的影响。实验结果表明：在煤沥青中加入适当的添加剂可提高煤沥青的甲苯不溶物含量和析焦量,加入添加剂的煤沥青炭化后所得沥青焦的抗氧化性和石墨化活性均得到显著提高,但氧化残余物含量有所上升。该沥青焦经2300℃高温石墨化处理后仍表现出优良的抗氧化性。     

炭化压力对沥青成焦形貌及航空刹车用C/C复合材料浸渍增密效果的影响

将武钢中温沥青和太钢高温沥青在不同压力下炭化，进一步对所得沥青焦进行了高温热处理，利用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜观察所得沥青焦形貌。结果表明；低压炭化时，沥青焦体积密度小，疏松、多大孔，主要为流线区域型各向异性结构；高压炭化时，沥青焦体积密度明显变大，孔变小且均匀分布，主要为小区域和细镶嵌型各向异笥显微结构。考察了不同炭化压力对浸渍增密航空刹车用C／C复合材料的增密效率的影响，结果显示，对整个沥青而言的宏观残炭率明显高于只针对样品而言的实际残炭率，因此有必要进行高压浸渍／炭化实现快速增密。利用XRD和显微硬度测试仪检测了不同炭化压力所得沥青焦热处理后的石墨化度和显微硬度，发现高压下形成的沥青炭更难于石墨化，但石墨化度与显微硬度的热处理后的粗糙层（RL）CVD炭有较好的可比性。     

添加剂对煤沥青在喹啉不溶物滤饼中渗透性的影响

本工作研究了添加剂对煤沥青的渗透性的影响.本研究采用的添加剂是阳离子型和非离子型添加剂的混合体系.它们对煤沥青的粘度和组成的影响很小,但是渗透性却有大幅度提高,根据达西定律和渗透系数方程对煤沥青浸渍动力学进行了讨论,认为添加剂起到了凝聚QI颗粒、增大有效尺寸和增大孔隙率的作用,改变了滤饼结构.随着其含量的增加,渗透性呈现先增加后减小的规律.通过对2D炭预制体致密化发现,添加剂能够提高煤沥青对高密度的预制体的致密化效率.     

Influence of titanium carbide on the interlaminar shear strength of carbon fibre laminate composites

The potential use of carbon fibre laminate composites is limited by the weak out-of-plane properties, especially delamination resistance. The effect of incorporating titanium carbide to the mesophase pitch matrix precursor of carbon fibre laminate composites on interlaminar shear strength is studied both on carbonised and graphitised composites. The presence of titanium carbide modifies the optical texture of the matrix from domains to mosaics in those parts with higher concentrations and it contributes to an increase of fibre/matrix bonding. This fact produces an increase of the interlaminar shear strength of the material and changes the fracture mode.     

中间相沥青基碳电极材料的制备工艺优化与性能

以煤焦油沥青为原料,采用"中间相调制-化学活化"工艺制备了超级电容器用活性碳电极材料,考察了中间相调制温度对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响,并分析了中间相沥青的调制过程及不同实验条件对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响。结果表明,中间相沥青调制温度主要集中在190～492.5℃,随中间相调制温度升高,活性碳电极材料的振实密度明显增大,在500℃条件下制备的活性碳材料具有最高的比电容量,达到103F/g,较高的调制温度能提升活性碳中碳的边缘层含量,从而提高材料的面积比电容量。     

超级电容器用活性炭的制备与电化学表征

以煤焦油沥青为前驱体,采用化学活化法制备了超级电容器用高比表面活性炭和活性炭电极.考察了活化温度对活性炭电极比电容量的影响,研究了活性炭材料的比表面积和孔结构与活性炭电极的充放电性能之间的关系,并对活性碳电极进行了电化学表征.结果表明,在500～700℃,随着活化温度的提高,活性炭电极的比电容量显著增大,当活化温度超过700℃时,活性炭电极材料的比电容量变化不明显.700℃活化温度下所制备的活性炭材料呈现明显的多孔结构,孔容为1.038cm3/g,比表面积为1959m2/g;所制成的活性炭电极比电容量为210F/g,等效内阻为0.9Ω/cm2,10mA/cm2充放电500次后保持90%以上电容量,交流阻抗谱在频率低于转化点时表现出纯粹的电容行为,循环伏安曲线显示出良好的可逆特性.     

Structural changes during pitch-based carbon granular composites carbonisation

This article deals with the study of carbon composites behavior during their carbonization. Composites were prepared using four granular carbons (graphite, anthracite, green petroleum coke, and foundry coke) and four pitches (a commercial impregnating coal-tar pitch, an air-blown and two thermally treated pitches). The evolution of the optical microstructure, porosity, volume, and weight of carbon composites was monitored at different intermediate carbonization temperatures (350, 500, 700, and finally 1000 °C). The porosity of composites increases with carbonization due to volume changes and weight loss of pitches. Weight loss of carbon composites during their carbonization mainly depends on the pitch characteristics and it was slightly influenced by the presence of granular carbon. On the other hand, carbon composites with the commercial coal-tar pitch and foundry coke, anthracite, or graphite deform in the initial stages of carbonization (<350 °C) probably due to the lower porosity of the green pellets and the high amount of low-molecular weight compounds of the pitch. Carbon composites with green petroleum coke underwent important dimensional changes during their carbonization, expanding initially and then shrinking at temperatures above 700 °C. The type of granular carbon strongly influenced the microstructure of the final carbon composite, as a result of its effect on the development of mesophase. Graphite, anthracite and foundry coke delays mesophase development, whereas green petroleum coke accelerates mesophase formation.     

中间相沥青制备高密度高强度炭/石墨材料

以在不同氧化温度下制备的氧化中间相沥青为原料制备了具有不同密度的炭/石墨材料, 根据对样品物理性能和微观结构的研究得出最佳的工艺条件. 以150MPa压制的坯体经过2200℃石墨化后得到具有高密度(2.02g/cm³)、低孔率(2.03%)、大体积收缩(44.86%)、高的弯曲强度和压缩强度(70.3和123.3MPa)的样品. 该样品具有均匀致密的结构. 实验证明, 氧化中间相沥青是制备高性能炭石墨材料良好的前驱体.     

Ultrafine magnetic metal dispersed carbons prepared from anisotropic pitch and metal acetylacetonate complexes

Transition metal (Fe, Co or Ni) dispersed carbon composites were prepared using the mixtures of metal acetylacetonate complex as a source of metal particles and an anisotropic coal-tar pitch as a carbon matrix precursor by heat treatment at the temperatures up to 1000°C. Mixing of the metal complexes and the pitch by dissolving in quinoline permitted the notable fine dispersion of the complex in the pitch. Then the resulting mixtures were easily converted to the metal dispersed carbons by pyrolysis under an inert atmosphere. The appeared particles were Fe₃O₄/-Fe/Fe₃C, -Co or Ni when using the corresponding metal complex. Besides, their particle diameters were much less than 30 nm and distributed evenly throughout the carbon matrix. The magnetic properties of the metal dispersed carbons were evaluated with a vibrating sample magnetometer, and it was found that saturation magnetization and coercive force ranged from 1.03 × 10^–5 to 5.65 × 10^–5 Wb · m/kg and from 0.21 × 10⁴ to 3.06 × 10⁴ A/m, respectively.