基体炭种类对C/C复合材料电导率的影响分析

使用炭毡为增强体分别制备了热解炭基、树脂炭基、沥青炭基和热解炭/树脂炭双基体、树脂炭/沥青炭双基体C/C复合材料,比较研究了复合材料的电导率与不同先驱体含量的关系。结果表明,不同前驱体C/C复合材料电导率有较大的差异,热解炭基C/C复合材料的电导率是沥青炭基C/C复合材料和树脂炭基C/C复合材料电导率近3倍,热解炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率符合简单并联混合法则,树脂炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率随树脂炭质量分数的增加而减小。     

烧结温度对原位反应TiB2/B4C复合材料的组织与力学性能的影响

为了降低B_4C的烧结温度,提高B_4C断裂韧性,本文以B_4C、TiO_2、活性炭为原料,采用原位反应法热压烧结制备了TiB_2体积分数为10％的TiB_2/B_4C复合材料。探索了烧结温度对复合材料组织和力学性能的影响规律。结果表明,随烧结温度的提高,复合材料的抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,在2050℃时有最大值,分别为544MPa和6.3MPa·m~(1/2),弹性模量和断裂韧性变化不大。随烧结温度的升高,基体和第二相晶粒逐渐长大。采用2050℃/1h/35MPa为最佳烧结工艺。     

沥青炭基C/C复合材料的载流摩擦磨损性能

通过对纯沥青炭基C/C复合材料、含炭黑沥青炭基C/C复合材料和添加氯化铁的沥青炭基C/C复合材料的载流摩擦磨损实验,发现含炭黑沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量最大,纯沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量次之,添加氯化铁的沥青炭基C/C复合材料的摩擦系数和磨损量最小,并对3种沥青炭基C/C复合材料的摩擦磨损机理进行了讨论。     

微波烧结WC-ZrO_2复合材料的微观组织及增韧机理

采用微波烧结工艺制备超细晶WC-ZrO_2复合材料,研究了其显微组织和力学性能。结果表明:ZrO_2含量为10 wt%、烧结温度为1360°C时获得的WC-10ZrO_2复合材料综合性能良好,致密度达98.50%,其断裂韧性和硬度分别为8.13 MPa·m~(1/2)和21.81 GPa。随着烧结温度的升高,致密度增大,硬度也随之升高。温度达到1320°C时,硬度达到最高值22.58 GPa。继续升高温度,晶粒粗化导致硬度降低,但断裂韧性随温度升高不断增大。烧结温度为1360°C时,纯WC试样的硬度为23.92 GPa,当ZrO_2含量增加至14 wt%时,材料的硬度降低至21.3 GPa,但韧性却由4.04 MPa·m~(1/2)大幅度提高至9.60 MPa·m~(1/2)。WC-ZrO_2复合材料断裂主要表现为穿晶断裂,ZrO_2颗粒阻碍了裂纹的扩展,使裂纹发生偏转、绕行和桥接,增加裂纹扩展路径,从而达到增韧的效果。     

针刺碳纤维增强莫来石基复合材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备了针刺碳纤维增强莫来石基复合材料。借助于TG-DTA和XRD对合成凝胶的莫来石化过程进行研究,结果表明,在热处理过程中,凝胶在920°C左右形成铝硅尖晶石,1198°C左右形成莫来石。研究了烧结温度对复合材料性能的影响,结果表明,烧结温度为1500°C制备的复合材料弯曲强度最高,达到142.2 MPa,断裂韧性为8.77 MPa·m~(1/2)。借助于对复合材料微观结构的观察对复合材料力学性能的变化进行了解释。     

层厚比和硬夹层组成对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料性能的影响

以B_4C为基体层材料,BNNTs为基体层补强增韧剂,TiB_2为硬夹层,采用水基流延成型和热压烧结工艺制备了B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料。研究了基体层与硬夹层的层厚比、硬夹层组成和烧结温度对层状陶瓷复合材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明:当层厚比为1,硬夹层组份为80 wt%TiB_2+20 wt%B_4C,烧结温度为2050℃时,可以制备出力学性能良好的B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料,其抗弯强度和断裂韧性分别达到570.54 MPa和7.74 MPa·m~(1/2)。     

SiC/(W,Ti)C陶瓷喷嘴材料的制备及其性能

本文以SiC为基体,添加(W,Ti)C固溶体增韧相,采用热压烧结工艺制备出新型Sic/(w,Ti)C陶瓷复合材料.研究表明:SiC/(W,Ti)C陶瓷材料的性能与(W,Ti)C的含量、成烧温度、保温时间等密切相关.随(W,Ti)C含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性增加,硬度减小;SiC/(W,Ti)C陶瓷复合材料的最佳性能参数为:抗弯强度631 MPa,维氏硬度25.944 GPa,断裂韧性4.38 MPa·m1/2.通过分析材料的显微结构和断口SEM照片,发现SiC/(W,Ti)C陶瓷材料的断裂机制为沿晶和穿晶断裂特征同时并存,即断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂相结合的混合断裂.     

C/C坯体结构对RMI制备C/SiC复合材料的影响

采用无涂层、SiC涂层、C和SiC复合涂层处理的炭布/网胎预制体,经过CVD和树脂浸渍/炭化混合致密,制备了4种C/C坯体,随后熔融渗硅获得C/SiC复合材料;研究了不同纤维涂层、基体炭类型对C/SiC复合材料弯曲强度和断裂方式的影响,并对复合涂层状态的C/SiC材料的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:混合基体炭与纯热解炭的C/C坯体相比,制备的RMI-C/SiC材料弯曲强度更高,且经过涂层处理的C/SiC材料弯曲强度最高;复合涂层、混合基体炭均使材料表现出良好的"假塑性"。复合涂层处理的试样在制动压力0.6～0.8 MPa、惯量0.3～0.4 kg·m~2、转速为6000～7500 r/min的条件下,平均摩擦系数为0.348～0.454,且材料磨损量较小,最大为2.188μm/(面·次)。     

焦炭颗粒/热解炭复合材料的制备与压缩性能研究

分别以LJ1、LJ2、YJ、ZJ 4种焦炭颗粒作为增强体,CVD炭作为基体,利用TCVI设备制备出了焦炭颗粒增强热解炭基(焦炭颗粒/热解炭)复合材料。并从其力学性能着手,使用金相显微镜分析其显微结构,采用扫描电镜观察其断口微观形貌,并结合载荷-位移曲线综合分析其断裂方式及机理。结果表明:4种焦炭颗粒/热解炭复合材料中,LJ1和ZJ焦炭颗粒沉积前后密度与质量变化最大,其质量分别增加57.4%和64.3%;焦炭颗粒/热解炭复合材料微观组织结构为各向异性;LJ2焦炭颗粒/热解炭复合材料轴向和径向的压缩强度分别为203.7 MPa和176.3 MPa,在4种焦炭颗粒/热解炭复合材料中强度最高;4种焦炭颗粒/热解炭复合材料压缩断裂方式为脆性断裂,LJ2焦炭颗粒/热解炭复合材料和YJ焦炭颗粒/热解炭复合材料主要是因其内部焦炭颗粒孔洞的应力集中造成断裂,LJ1焦炭颗粒/热解炭复合材料和ZJ焦炭颗粒/热解炭复合材料主要沿其焦炭颗粒的层片断裂。     

酚醛炭基C／C复合滑板材料的催化石墨化及其性能研究

通过溶剂分散法在酚醛树脂浸渍剂中引入催化剂,采用多次液相浸渍-炭化增密和催化石墨化处理的方法,制备出密度为1．60g·cm^-3左右、石墨化度大于77％的酚醛炭基C／C复合材料。对比考察了催化剂的引入和催化剂种类对酚醛炭基C／C复合材料石墨化度、电阻率、抗折强度和摩擦磨损性能的影响,探讨了酚醛炭基C／C复合材料用作受电弓滑板材料的可能性。结果表明：硼酸或二茂铁等催化剂的引入可显著提高酚醛炭基C／C复合材料的石墨化度,降低其电阻率和摩擦系数,改善其弯曲断裂韧性;添加硼酸催化剂的酚醛炭基C／C复合材料的导电性、抗折强度和摩擦磨损性能明显优于德国纯炭整体滑板材料,可望用作高速电力机车的受电弓滑板材料。     

聚碳硅烷浸渍裂解法制备的C／SiC材料研究

为提高C／SiC复合材料的机械性能、特别是断裂韧性，对增强体有特殊要求。本文研究了不同纤维增强形式对C／SiC复合材料机械性能的影响。结果表明，含C＋SiC过渡层的单向Cr增强SiC基复合材料的断裂韧性达到14．4MPa·m1/2，为未增韧的SiC的四倍，适当的界面结合是使不同的纤维增韧机制在较高的水平下协同作用的关键。四步法三维增强体是整体性的编织结构，经PCS浸清裂解循环8次,Vf＝48．0％，x：y：z＝4：1：1的四步法三维整体织物增强SiC基复合材料，ρ达到1·71g／cm3，σ\弯达到440MPa，σ剪达到32．3MPa，断裂韧性Kic达到12．68MPa·m1/2。     

热压烧结工艺制备SiC/B4C复合材料

以Si粉为烧结助剂,采用真空热压烧结工艺制备了SiC/B4C陶瓷基复合材料.研究了Si的加入和烧结压力对复合材料力学性能的影响.借助X射线衍射、扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:Si与B4C粉料中的游离碳反应,随后固溶到B4C晶体结构中.当Si质量百分含量为8%时,经18.50℃、60 MPa真空热压烧结的复合材料主晶相为B4.C、SiC,相对密度达到99.8%,断裂韧性和弯曲强度分别达到5.04 MPa·m1/2和354 MPa.复合材料力学性能的提高主要是由于烧结体的高致密度以及断裂方式的转变.     

不同炭基体对炭/炭复合材料力学性能的影响

结合化学气相沉积（CVD）和前驱体浸渍裂解工艺,分别以丙烯、糠酮树脂和煤沥青为前驱体制备了密度在1.85g/cm3以上的三维炭/炭（C/C）复合材料,对比研究了沥青炭、热解炭+沥青炭以及热解炭+树脂炭结构（分别为A、B、C组）的等三种不同炭基体C/C复合材料的增密效率与力学性能,采用排水法表征C/C复合材料的孔隙率及密度,利用扫描电镜进行炭基体的微观结构表征,采用万用电子力学试验机进行拉伸强度、压缩强度、剪切强度等力学性能表征。结果表明,在热解炭质量含量相同的前提下,树脂浸渍裂解增密速率低于沥青浸渍裂解工艺,树脂炭基体孔隙率低于沥青炭基体。不同炭基体结构的C/C复合材料力学性能次序为：热解炭+树脂炭双元炭基体最高,纯沥青炭基体次之,热解炭+沥青炭双元炭基体最低,分析原因为热解炭与树脂炭双元炭基体的界面结合强度高,而沥青炭为混乱无序碳结构,热解炭和沥青炭双元炭基体界面结合强度弱,因此力学强度最低。     

B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力分析及界面组成优化

采用ANSYS软件对B_4C-BNNTs/TiB2-B_4C层状复合材料中硬夹层含不同体积分数B_4C时的残余应力进行了分析,结果表明,随着B_4C含量的增加,复合材料的层间残余应力呈下降趋势。基于分析结果,采用热压烧结工艺制备了硬夹层含不同体积分数B_4C的复合材料样品。研究了B_4C体积分数对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力、界面结合情况、相对密度及力学性能的影响。结果表明:当B_4C含量为15 vol%时,可得到最佳结果,此时材料的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为99.1%、509 MPa、7.49 MPa·m~(1/2)和38.6 GPa。     

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%。     

PP/纳米ZnO的紫外光老化性能

将纳米ZnO(nano-ZnO)用钛酸酯偶联剂表面处理后制备聚丙烯(PP)/nano-ZnO复合材料。研究了nano-ZnO含量对复合材料耐老化性能的影响。nano-ZnO可明显改善PP树脂的紫外光老化性能。当w(nano-ZnO)为3%时,复合材料老化前后的性能差和纯PP树脂老化前后的性能差分别为:拉伸强度1.9 MPa和3.1 MPa、断裂伸长率为29.0%和66.7%、缺口冲击强度为1.1 kJ/m~2和2.9 kJ/m~2、无缺口冲击强度为1.5 kJ/m~2和3.2 kJ/m~2、球压痕硬度为4.8 MPa和5.8 MPa、维卡软化温度为3.3℃和7.0℃。     

先驱体转化法制备2D C/C-ZrB2复合材料及其性能研究

本文针对C/C复合材料存在高温抗氧化和抗冲刷性能较差等缺点,提出对C/C复合材料进行改性以改善其性能.通过碳布叠层工艺均匀刷涂浆料,采用先驱体转化法制备了三种不同ZrB2含量的2D C/C-ZrB2复合材料,探索ZrB2含量对其力学、抗氧化、抗烧蚀等性能和微观形貌的影响.结果表明:刷涂料浆(ZrB2体积分数10%)制备的复合材料综合性能优异,其弯曲强度为250.37 MPa,断裂韧性为13.84 MPa·m1/2;样品经1200 ℃氧化30 min后质量保留率达到90.65%,强度保留率达到85.14%;经氧乙炔焰烧蚀60 s后,其质量烧蚀率为0.01802 g/s,线烧蚀率为0.01217 mm/s.     

5405树脂基体的特性与应用

5405树脂是一种改性双马来酰亚胺树脂基体。它具有良好的成型工艺;固化温度≤180℃、后处理温度200℃。与丙酮配成稳定的溶液,适合溶液法制备复合材料预浸料。与Narmco5245c相比,综合性能相当,韧性指标超过5245c;单向板90°拉伸断裂应变为9400με,断裂韧性G_(ⅠC)为267J/m~2,G_(Ⅱc)为1358J/m~2,冲击压缩破坏门槛值(21J)2650με,目前在国内树脂中为最好水平。     

酚醛树脂改性沥青的流变性能及热解动力学研究

以酚醛树脂(PF)为改性剂,在对甲苯磺酸(PTS)的催化作用下,对C/C复合材料基体前驱体中温煤沥青进行了共炭化改性,并对其热解机理进行了研究。首先,对原料煤沥青及共炭化改性后煤沥青的流变性能进行了测试,并采用热重分析(TGDTG)对改性前后煤沥青热解行为进行了研究,计算出了热解动力学参数。结果表明,在催化剂PTS的催化作用下,煤沥青发生了脱甲基反应,并且当PF含量为9%时,共炭化改性的煤沥青其流变曲线与热固性树脂U型曲线相似;根据DTG曲线可以把PF共炭化改性煤沥青的主要热解过程分为两个阶段,由Kissinger法计算得到其活化能和反应级数分别为248.06,15.69kJ·mol~(-1)和1.11、1.14。     

纤维类型对C/SiC复合材料性能的影响

利用化学气相浸渗法制备了Cf-C/SiC复合材料,借助SEM、TEM等研究了纤维类型对Cf-C/SiC复合材料力学性能的影响.实验证明T300碳纤维增韧补强效果优于M40碳纤维,利用T300碳纤维制备出弯曲强度为459M,断裂韧性为20.0MPa*m1/2,断裂功为25170J/m2的Cf-C/SiC复合材料.2种碳纤维增韧效果的差异是由纤维的原始强度、热膨胀系数和弹性常数的不同决定的.