HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)复合涂层的制备及其抗氧化性能

为解决C/C复合材料的高温易氧化问题,依次采用前驱体浸渍裂解、反应熔体浸渗和料浆涂刷法在C/C复合材料表面制备HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)复合涂层。考察Si C涂层、HfB_2-WB_2-Si/SiC涂层和HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层C/C复合材料在1 500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层抗氧化效果优于HfB_2-WB_2-Si/Si C涂层和Si C涂层,前者试样氧化20 h后增重0.1%,后两者则分别失重0.9%和22.8%。HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层较好的抗氧化性能主要归因于涂层氧化形成的连续、具有较好流动性的HfSiO_4-SiO_2-WO_3复相玻璃以及SiC纳米线(SiCNW)对涂层的增韧作用,前者有效抑制了氧气向C/C复合材料基体内部的扩散,后者则使涂层内部裂纹的数量和尺寸明显减小。     

C/C复合材料预氧化处理对其SiC-ZrC-ZrB_2涂层抗氧化性能的影响

为了实现C/C复合材料氧化防护,对材料表面进行900℃、5 min的预氧化处理,然后应用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC-ZrC-ZrB_2涂层。研究预氧化处理对材料微观结构、抗氧化性能和弯曲力学性能的影响。结果表明:预氧化试样涂层与基体间形成嵌入式过渡层结构,材料抗氧化性能得到改善,经1500℃静态氧化4h和8 h后,质量损失率分别为5.73%和10.88%。材料抗氧化性能提升的主要原因是界面的"钉扎效应"和过渡层减小涂层与基体间的热应力。预氧化涂层试样氧化前后弯曲性能增强,经1500℃静态氧化2 h和4 h后,强度保持率分别为104.86%和71.70%,均高于未预氧化涂层试样的。氧化后材料内部结构受损更少以及陶瓷相的增韧作用是预氧化试样弯曲力学性能提升的主要原因。     

热处理对C/C复合材料Mo-Si-N系涂层抗氧化性能的影响

以Mo粉和Si粉为原料,采用熔浆法在氮气环境中制备了C/C复合材料的Mo-Si-N系抗氧化涂层,并对涂层1400℃预氧化热处理前后的组织结构和氧化行为进行了研究.结果表明,Mo-Si-N涂层除具有与Mo-Si系涂层相同的SiC底层和MoSi2/Si主结构层外,还形成了厚度不均匀的Si3N4/SiC/Si表面层.Mo-Si-N系涂层具有1400℃稳定抗氧化能力和1450℃长时间氧化防护潜力;经1400℃预氧化热处理后,涂层的最高抗氧化温度达到了1500℃,氧化12小时后重量损失率小于1wt%.     

Si/Zr质量比对SiC/ZrC涂层微观结构及其抗氧化性能的影响

采用反应熔体浸渗工艺在C/C复合材料表面制备了SiC和SiC/ZrC抗氧化涂层,并利用XRD、SEM和EDS等分析手段研究了浸渗粉料中Si/Zr质量比对抗氧化涂层的相组成和微观结构的影响,考察了SiC和SiC/ZrC涂层在1 400℃静态空气气氛中的抗氧化性能,初步探讨了SiC/ZrC涂层的抗氧化机制。研究结果表明,随着浸渗粉料中Si/Zr质量比由4.5∶1.5降至2∶4,制得的SiC/ZrC涂层表面涂层致密性呈现先增后降的趋势,而涂层厚度则逐渐减小。当Si/Zr质量比为3∶3时,制得SiC/ZrC涂层C/C复合材料表现出优良的抗氧化性能,在空气气氛中1 400℃氧化6h后增重0.5%左右,而SiC涂层C/C复合材料在相同条件下氧化5h后失重率达到26.71%。SiC/ZrC涂层优异的抗氧化性能与其表面形成的一层致密、连续的ZrSiO4-SiO2-ZrO2玻璃膜有关。     

热处理对C／C复合材料Mo-Si-N系涂层抗氧化性能的影响

以Mo粉和Si粉为原料，采用熔浆法在氮气环境中制备了C／C复合材料的Mo．Si—N系抗氧化涂层，并对涂层1400℃预氧化热处理前后的组织结构和氧化行为进行了研究。结果表明，Mo．Si—N涂层除具有与Mo．Si系涂层相同的SiC底层和MoSi2／Si主结构层外，还形成了厚度不均匀的Si3N4／SiC／Si表面层。Mo-Si—N系涂层具有1400℃稳定抗氧化能力和1450℃长时间氧化防护潜力；经1400℃预氧化热处理后，涂层的最高抗氧化温度达到了1500℃，氧化12小时后重量损失率小于1wt％。     

包埋添加剂对 SiC-ZrC 涂层 C / C 复合材料结构和性能的影响

目的研究不同氧化物添加剂对Si C-Zr C涂层C/C复合材料相组成、微观结构和抗氧化性能的影响。方法采用包埋法,分别以Al2O3,B2O3和Mg O作为添加剂,制备Si C-Zr C涂层C/C复合材料,分析相组成及微观结构,考察复合材料在1000~1550℃静态空气气氛中的抗氧化性能。结果以Al2O3作为包埋添加剂制得的涂层致密,而以Mg O为添加剂制得的涂层较疏松。在1000~1550℃的静态空气气氛中,随着氧化温度的升高,以Al2O3为添加剂制得的复合材料失重率逐渐减小,在1550℃氧化1 h后仅为1%;以B2O3和Mg O为添加剂制得的复合材料失重率逐渐增加,在1550℃氧化1 h后分别达到15%和36%。结论与B2O3添加剂相比,Al2O3和Mg O添加剂更能促进包埋粉料的扩散。以Al2O3作为包埋添加剂制得的Si C-Zr C涂层C/C复合材料具有较好的高温抗氧化性能。     

锆掺杂C/C复合材料的制备及微观结构研究

以醋酸锆溶液和石油沥青为原料,通过浸渍法制备出锆掺杂C/C复合材料,并研究了其致密化规律和高温下的抗氧化性能,利用XRD和SEM分析了锆在C/C复合材料中的存在形式和分布状态。结果表明,C/C复合材料中掺杂的锆经1000℃和1600℃处理后完全转化为单斜纳米ZrO2晶体和立方纳米ZrC晶体,纳米ZrO2均匀分布于材料的基体中和碳纤维表面。1500℃下锆掺杂C/C复合材料的氧化速率仅为0.0054wt%/s,较纯C/C复合材料的抗氧化性能得到明显提升。     

热处理技术对C/C复合材料磷酸盐涂层抗氧化性能的影响(英文)

采用液态磷酸盐浸渍及不同的热处理技术在C/C复合材料表面制备抗氧化涂层。实验结果表明:采用1～2°C/min慢速冷却制备的材料A在700°C氧化20 h后的氧化质量损失达到47%,而采用快速气冷技术制备的材料B的氧化质量损失仅仅为0.98%。SEM形貌观察表明:材料A的磷酸盐涂层表面疏松,充满大量孔洞、裂纹,以及片状结晶、团聚的磷酸盐,而材料B的涂层致密、完整,为玻璃态。氧化实验后,材料A的涂层在8 h氧化阶段就已消耗殆尽,抗氧化能力基本消失;而材料B的涂层在8 h实验后表面涂层完整、致密,无明显损伤,在20 h实验后出现了较多的孔洞,抗氧化能力逐渐降低。     

工艺因素对水热改性C/C复合材料抗氧化性能的影响

以一定配比的Al_2O_3粉和磷酸溶液组成的悬浮液作为水热处理前驱体,采用水热法对C/C复合材料基体进行了防氧化改性.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)仪分别对改性试样的物相组成、显微结构及化学元素组成进行表征.重点研究了水热反应时间、水热反应釜填充比等工艺因素对改性C/C复合材料的物相组成、微观形貌及抗氧化性能的影响.结果表明:水热改性方法是一种行之有效的提高C/C复合材料基体抗氧化性能的手段.经过水热改性处理,试样的抗氧化性能明显提高;延长水热反应时间和增大水热釜填充比都有利于基体抗氧化性能的提高;在水热釜填充比为70%、水热温度为200 ℃的条件下,改性处理72 h的C/C复合材料在700 ℃的静态空气中恒温氧化10 h后氧化失重仅为2.31%.     

硅钽含量对C/C复合材料SiC/TaSi_2复合涂层结构和抗氧化性能的影响

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC/TaSi2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射分析、扫描电镜观察,研究了包埋粉料中硅钽含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,随着硅钽比的减小,复合涂层的厚度先增大后减小;硅钽比为5:1所制备的复合涂层具有相对较大的厚度和较为致密的结构,且TaSi2含量相对较高,体现出优良的抗氧化和抗热震性能,在1500℃氧化241.8 h和经过18次1500℃←室温急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为1.04%.穿透性裂纹的形成是长时间氧化后涂层失效的主要原因.     

碳纤维表面生长纳米碳管及其增强的炭/炭复合材料

采用化学气相沉积工艺在碳纤维表面生长了纳米碳管,将此种碳纤维作为增强材料,以中间相沥青为基体炭前驱体采用浸渍炭化工艺制备了炭/炭复合材料.观察了所得复合材料断口的微观形貌,测试了抗弯强度及热物理性能.结果表明,碳纤维表面的纳米碳管可以有效地提高纤维与基体的粘结力,复合材料的抗弯性能提高了50%,而对复合材料的导热性能影响较小.     

炭/炭复合材料热膨胀性能的研究

利用热膨胀仪测定了炭/炭复合材料从室温到1300℃的热膨胀系数,研究了热处理温度、炭纤维取向和环境温度对炭/炭复合材料热膨胀性能的影响。结果表明由于热解炭是以层状的方式围绕炭纤维生长,所以其热膨胀各向异性,垂直于纤维方向的热膨胀大于平行于纤维方向的热膨胀。随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料中具有乱层石墨结构的晶体有序度增加,石墨化度增大,石墨片层间的范德华作用力增强,热膨胀系数减小。随着环境温度的升高热膨胀系数先增大后减小,在1200℃有最大值。     

Microstructure of carbon fiber preform and distribution of pyrolytic carbon by chemical vapor infiltration

The carbon/carbon composites were made by chemical vapor infiltration(CVI) with needled felt preform. The distribution of the pyrolytic carbon in the carbon fiber preform was studied by polarized light microscope (PLM) and scanning electronic microscope(SEM). The experimental results indicate that the amount of pyrolytic carbon deposited on the surface of chopped carbon fiber is more than that on the surface of long carbon fiber. The reason is the different porosity between the layer of chopped carbon fiber and long carbon fiber. The carbon precursor gas which passes through the part of chopped carbon fibers decomposes and deposits on the surface of chopped carbon fiber. The pyrolytic carbon on the surface of long carbon fibers is produced by the carbon precursor gas diffusing from the chopped fiber and the Z-d fiber. Uniform pore distribution and porosity in preform are necessary for producing C/C composites with high properties.     

炭/炭复合材料航空刹车副的湿态摩擦性能

对两种不同的炭/炭复合材料湿态下的摩擦磨损性能进行对比分析。结果表明:具有粗糙层热解炭的炭/炭刹车副由于其晶格结构较为完善,生长组织择优取向度和各向异性度均高于含有光滑层结构热解炭的炭/炭刹车副。前者的石墨化度及可石墨化能力均大于后者,由于前者的表面缺陷较少,所吸附的水分子较少,因而在湿态下刹车时,其刹车力矩将很快恢复到正常干态刹车时的力矩水平,对环境的适应能力大于光滑层结构的炭/炭刹车副。     

核壳结构镍碳纳米胶囊和碳纤维的制备

以脱油沥青（Deoiled Asphalt）为碳源、二茂铁为催化剂,采用化学气相沉积法（CVD）制备碳纤维（CFs）,其裂解后的残渣经真空热处理制得含镍碳纳米胶囊（CNCs）。用场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱（Raman）对产物进行表征。结果表明：碳纤维纯度较高,属中空结构,直径主要分布在200～500 nm范围内;含镍碳纳米胶囊为准球形核壳结构,核为金属镍,壳为石墨化碳,大小在5～30 nm范围,晶化程度较高,结构较完善。     

Preparation and mechanical properties of carbon/carbon composites with high textured pyrolytic carbon matrix

Short carbon fiber felts with an initial porosity of 89.5% were deposited by isobaric, isothermal chemical vapor infiltration using natural gas as carbon source. The bulk density of the deposited carbon/carbon (C/C) composites was 1.89 g/cm³ after depositing for 150 h. The microstructure and mechanical properties of the C/C composites were studied by polarized light microscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and three-point bending test. The results reveal that high textured pyrolytic carbon is deposited as the matrix of the composites, whose crystalline thickness and graphitization degree highly increase after heat treatment. A distinct decrease of the flexural strength and modulus accompanied by the increase of the toughness of the C/C composites is found to be correlated with the structural changes in the composites during the heat treatment process.     

Effects of mineral loading methods on carbon solution reaction of coal-derived carbon material

1 Introduction The addition of the same oxide into carbon material with different methods has been discussed in previous studies[1?6]. The results showed that different mineral loading method could lead to different effects on carbon solution reaction of…     

Equilibration of plain carbon and alloy steels with endothermic carburizing atmospheres: Part I. Activity of carbon in plain carbon steels

Experimental data on the activity of carbon in commercial plain carbon steel, AISI type 1010, common shim-stock material, at 871 °C, 927 °C, 1000 °C, and 1038 °C, equilibrated with common endothermic carburizing atmospheres, were found to be generally in agreement at relatively high carbon concentrations with previously published data on pure iron equilibrated with CO-CO₂ mixtures. However, noticeable differences were found at low carbon concentrations. The carbon contents of type 1010 steel were generally higher compared to those of previously published data regarding pure iron except at very high activities of carbon. The carbon contents of type 1010 steel foil specimens by weight gain were generally higher than or equal to those chemically analyzed; however, they corresponded with each other within 0.02 wt.% except at very low carbon potentials.     

热扩散对高碳线材碳偏析和网状渗碳体的影响

改编了碳偏析指数随温度及时间的变化模型,研究了一种线材碳偏析指数在热扩散试验中的变化规律,通过试验验证了碳偏析模型的有效性,并根据模型公式预测了铸坯碳偏析指数需要的热扩散时间。试验结果表明:线材在1200℃经2 min和4 min热扩散后,其碳偏析可以降低至1. 10和1. 05以下,空冷组织网状渗碳体级别显著降低。线材热扩散试验数据与模拟数值趋势一致,存在着线材升温至稳定所需的约0. 5 min差值。经过数值模拟,铸坯经过1200℃-590 min热扩散后偏析指数可降低至要求范围,但在实际操作中需考虑铸坯在加热过程中的热扩散。      

C/C复合材料航空刹车副表面防氧化涂料的研制

以磷酸,磷酸盐,ＳｉＣ,ＳｉＯ２,Ｂ４Ｃ和含硼化合物等为原料研制了以硅、硼化合物为主的多组分陶瓷混合物涂料。采用该涂料以刷涂的方式制备的Ｃ／Ｃ复合材料复合涂层具有显著的防氧化效果。研究表明,涂覆有涂层的Ｃ／Ｃ复合材料试样在９００℃氧化１０ｈ后,其氧化损失率为１０．３７％;试样在空气中９００℃,３ｍｉｎ＝室温,２ｍｉｎ急冷急热,如此在１０ｈ内循环１００次后,氧化损失率为８．４１％,涂层与基体结合牢固