轴棒法C／C复合材料微观结构及性能分析

采用轴棒法4D预制体、煤沥青为前驱体,经过常压、高压相结合的液相浸渍一炭化的致密工艺,制备出高密度轴棒法C／C复合材料。研究了轴棒法C／C复合材料的微观结构及其对轴向室温、高温（2800℃）拉伸破坏形式的影响。结果表明：轴棒法C／C复合材料轴向增强体采用炭棒,出现了一个特殊的界面,即炭棒与基体的“间隙”,主要原因是炭棒内部结合较强和纤维、基体的热膨胀系数不匹配而引起的;间隙的存在,使得轴棒法C／C复合材料的轴向室温、高温拉伸破坏形式出现较大差异,室温拉伸由于界面结合强度弱而引起的炭棒完整的拔出,未起到纤维应有的增强作用;高温拉伸却由于受热膨胀,间隙愈合,界面结合变强,试样从有效部位断裂,纤维增强作用明显提高。     

轴棒法C／C复合材料室温及高温拉伸性能研究

研究了轴棒法C／C复合材料在室温及高温下的轴向拉伸性能,并用扫描电镜观察了高温拉伸试样的断口形貌。结果表明,轴棒法C／C复合材料在室温及高温下的断裂模式不同,且高温下的拉伸强度高于室温下的拉伸强度;以常压炭化结束的C／C复合材料开孔率变大,室温及高温下的拉伸强度小于以高压炭化结束的C／C复合材料。     

不同增强结构炭/炭复合材料力学及抗烧蚀性能

分别采用轴棒法编织、轴向穿刺以及无纬布/网胎针刺3种结构预制体,经致密化处理得到高密度C/C复合材料,研究了材料力学性能、抗烧蚀性能,并评价了3种增强结构材料的整体性能。结果表明,C/C材料轴向拉伸强度与预制体轴向纤维含量、纤维连续状态有关。轴向穿刺、轴棒法C/C材料轴向拉伸强度明显高于无纬布/网胎针刺C/C材料,但无纬布/网胎针刺C/C材料的径向压缩强度最高。经300 s氧-乙炔烧蚀后无纬布叠层针刺C/C材料的线烧蚀率和质量烧蚀率最低,抗烧蚀最好,烧蚀过程主要受热化学烧蚀和机械剥蚀共同作用。     

软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料弯曲行为

以z向穿插炭棒、x-y向铺层纤维束法编织的软硬混编4D炭纤维预制体为增强体,采用沥青液相浸渍/炭化法制备了4D-C/C复合材料,研究了材料z向(炭棒方向)高温弯曲行为及损伤机理。结果表明:在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,4D-C/C复合材料z向弯曲强度呈现先增加后减小的趋势,在室温~1 800℃时弯曲强度呈现增加的趋势,1 800℃后随着温度升高弯曲强度开始逐渐降低,但当温度达到2 100℃时其弯曲强度仍比室温下稍高。在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C复合材料z向弯曲断裂应变一直呈增加的趋势,而弯曲弹性模量总体呈减小的趋势。室温下4D-C/C应力-应变曲线几乎为线性关系,高温下4D-C/C复合材料z向弯曲破坏更加趋向于非线性的破坏模式。损伤表征结果表明,随着温度的升高,材料破坏时的最大损伤逐渐增加。     

C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料力学性能和微观结构的影响

研究C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料密度、弯曲强度和微观结构的影响。实验通过化学气相渗透法(CVI)制备密度分别为1.2g/cm~3、1.4g/cm~3和1.6g/cm~3的低密度C/C多孔预制体,采用反应熔渗法(RMI)制备密度分别为2.21g/cm~3、2.18g/cm~3和1.82g/cm~3的C/C-SiC复合材料;将CVI制备的低密度C/C多孔预制体,采用RMI法在1500℃、1650℃和1800℃的反应温度下制备密度分别为1.79g/cm~3、2.18g/cm~3和2.41g/cm~3的C/C-SiC复合材料。结果表明:随着C/C预制体密度增加,C/C-SiC复合材料密度不断降低,弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在C/C预制体密度为1.4g/cm~3时,材料的性能达到最优状态,材料的密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa;随着RMI反应温度增加,C/C-SiC复合材料密度不断升高,材料弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在反应温度为1650℃时,材料性能达到最优状态,材料密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa。     

热处理工艺对Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响

采用5种工艺制备了C纤维束增韧SiC陶瓷基复合材料(Mini C/SiC),研究了热处理工艺对不同制备工艺条件下Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响。实验结果表明:在不进行热处理的Mini C/SiC复合材料中引入热解炭(PyC)界面相可提高拉伸性能和强度稳定性。与不进行热处理的MiniC/SiC复合材料相比,对引入PyC界面相复合材料的C纤维束和/或PyC界面相进行热处理均可提高拉伸性能。热处理温度小于等于1700℃时,先对C纤维进行热处理然后再沉积PyC界面相的MiniC/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度为2 000℃时,先对C纤维沉积PyC界面相然后再进行热处理的Mini C/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度对Mini C/SiC复合材料变形行为有着显著的影响,热处理温度不同时,复合材料表现出了不同的变形行为。     

C/C多孔体热处理温度对C/C-SiC复合材料微观结构和热学性能的影响

以针刺网胎无纬布为预制体,采用化学气相渗透(CVI)、压力浸渍树脂/炭化(PIC)及反应熔体浸渗法(RMI)等组合工艺快速制备C/C-SiC复合材料。研究了C/C多孔体的高温热处理温度对C/C-SiC复合材料微观结构和热学性能的影响,结果表明:多孔体经高温热处理后密度有所减小而孔隙率增大;相较于1800℃热处理,多孔体经2200℃热处理后制备的C/C-SiC复合材料密度更大(ρ=2.12g/cm3),孔隙率更低(η=2.7%),SiC基体含量更高(ω=41.11%);C/C-SiC复合材料的比热容和平均热膨胀系数随着温度的升高而增大,而热扩散系数和导热系数随着温度的升高不断减小;多孔体经2200℃热处理后制备的C/C-SiC复合材料X-Y向具有更大的导热系数和更小的热膨胀系数,其室温下的导热系数为83.120W/(m·K),室温~1000℃的平均热膨胀系数为1.608×10-6/℃。     

湿热环境对AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能的影响

拉伸性能是复合材料层合板的基本力学性能,研究湿热环境对玻璃纤维复合材料拉伸性能的影响可以为复合材料工程应用提供重要参考。开展了不同湿热环境下的AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能研究,分析了环境对AC318/S6C10-800复合材料弹性模量及拉伸强度的影响。研究结果表明,低温干态环境下强度性能数据相对室温环境略高,70℃湿态环境下强度性能最低,随着试验温度的升高,0°拉伸强度、90°拉伸强度基本呈线性下降趋势。研究结果为AC318/S6C10-800复合材料工程应用提供参考。     

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)。     

轴棒法炭棒轴向拉伸力学性能测试新方法

轴棒法炭／炭复合材料中炭棒的轴向拉伸力学性能是数值模拟的关键数据,而由于炭棒的脆性及自身不易测量等特点,国内外研究不多。本文采用创新方法,对2500℃高温处理后炭棒轴向拉伸力学性能进行了测试,测试结果表明：经过2500℃处理过的炭棒和未经过高温处理过的炭棒进行比较,前者断裂力下降较大,下降了62％,弹性模量略有上升,上升幅度为37％,符合文献数据,证明了试验方法的有效性。     

C/C复合材料表面金属Ti/TiO2/Pt薄膜的制备及研究

C/C复合材料具有化学性质稳定、热膨胀系数低以及优良的高温稳定性。因此C/C复合材料是制备低红外发射率薄膜的理想基体材料。本文通过改变参数,探究了薄膜厚度、真空热处理温度对薄膜表面形貌、附着力、物相组成、红外发射率等性能的影响。研究发现:当Ti薄膜厚度为1.06μm,真空热处理温度为1000℃时,经过320℃/5 h氧化处理后制备的Ti/TiO_2/Pt薄膜综合性能最好。该工艺制备的Ti/TiO_2/Pt表面较为光滑,粗糙度较小,3～5μm和8～14μm波段的红外发射率分别能达到0.061和0.065,附着力为7.344 MPa。     

单甲基丙烯酸锌改性氢化丁腈橡胶老化过程的力学性能演变及其老化动力学

以单甲基丙烯酸锌(HZMMA)为反应型增强剂,制备了HZMMA改性的氢化丁腈橡胶(HNBR)复合材料,研究了无氧、高温条件下HNBR复合材料老化过程的力学性能演变、老化行为及其老化动力学。结果表明,在180℃和200℃的老化温度下,老化前期HNBR/N 990/HZMMA、HNBR/HZMMA复合材料的拉伸强度有所增加,出现极值现象;随着老化时间的延长,材料的拉伸强度呈现逐渐下降的趋势,HNBR/HZMMA复合材料的拉伸强度下降较为缓慢。建立了HNBR/HZMMA复合材料的老化动力学模型,依此模型预测该材料在150℃下的使用寿命超过3年,HNBR/HZMMA复合材料具有优异的耐热老化性能。     

环氧树脂/混合纤维复合材料高温及盐雾老化性能研究

采用连续拉挤成型工艺制备了环氧树脂/玻璃纤维带/玻璃纤维/碳纤维复合材料,研究了该复合材料的玻璃化转变温度、耐高温强度和盐雾老化对外观、微观组织、质量及拉伸强度的影响。结果表明:在120℃长期高温环境下,复合材料的拉伸强度较为稳定,保持率达到95%;盐雾老化对复合材料质量和强度的影响趋势类似,老化240 h后其性能趋于稳定,老化600 h时材料的质量和拉伸强度的变化率分别为5.21×10~(-2)%和5.52%。     

电泳沉积时间和热处理对碳纳米管增强C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电泳沉积法结合化学气相渗透技术制备碳纳米管二次增韧的连续碳纤维增韧碳化硅(CNTs-C/SiC)复合材料。通过改变热解碳(PyC)界面上电泳沉积CNTs的时间,控制C/SiC复合材料中CNTs的含量,通过测试拉伸强度和断裂功,研究了CNTs含量及热处理对复合材料力学性能的影响。结果表明:在C/SiC复合材料PyC界面层上电沉积CNTs,能够大幅提高材料的拉伸强度和韧性。电沉积CNTs时间为5、8和10min时,CNTs-C/SiC复合材料的拉伸强度和断裂功分别提高了10.7%、39.3%、45.2%和31.1%、35.9%、46.5%。对未电沉积、电沉积8和10min的CNTs-C/SiC复合材料进行1 800℃热处理,发现材料的拉伸强度分别提高了64.4%、39.4%和49.5%。     

C/C复合材料高温纯化与致密化技术研究

为实现光伏设备中炭素热场材料的循环使用,对硅化腐蚀后的C/C复合材料采用先纯化、再沉积的工艺路线,研究了不同工艺对C/C复合材料体积密度、抗折强度、物相组成以及微观元素分布的变化情况.结果表明:采用高温还原纯化法可大幅降低C/C复合材料中存在的Si元素,且纯化次数越多,纯化效果越明显.与此同时,在经过气相沉积后,材料密...     

针刺石英纤维预制体增强石英陶瓷复合材料的制备研究

以针刺石英纤维预制体、硅溶胶等为原料,采用溶胶-凝胶的方法制备了石英纤维增强石英陶瓷复合材料。研究了热处理温度对纤维形貌和纤维布拉伸性能的影响以及烧结温度对复合材料弯曲强度的影响。结果表明:石英纤维预制体经丙酮浸泡烘干后,经450℃热处理2h,可以完全去除纤维表面的浸润剂;复合材料经450℃烧结2h,材料弯曲强度为78.5MPa,拉伸强度为31.8MPa,抗压强度为88.8MPa,可以达到天线罩材料力学性能的要求。     

高温处理对酚醛树脂基复合材料性能的影响

以自制的酚醛树脂(PF)为基体,玻璃纤维布(GFC)、高硅氧玻璃纤维布(HSGFC)和碳纤维布(CFC)为增强体,采用铺层模压法制备了PF/GFC,PF/CFC和PF/HSGFC复合材料,并在200~800℃范围内对复合材料进行了高温处理,研究了不同处理温度对这3种复合材料失重率和力学及烧蚀性能影响。结果表明,当处理温度高于400℃后,3种复合材料的失重率随处理温度升高逐渐增大,其中,PF/CFC的失重率最大,而PF/GFC的失重率最低;但800℃下3种复合材料的失重率均在10%以下。随处理温度升高,3种复合材料的弯曲强度、压缩强度、拉伸强度总体上均先增大后减小,当处理温度为400℃达到最大,烧蚀性能具有与力学性能相反的变化趋势。在400℃的处理温度下,PF/GFC的弯曲强度、质量烧蚀率和线烧蚀率最高,拉伸强度最低;PF/CFC的压缩强度、拉伸强度最高,线烧蚀率最低;而PF/HSGFC的压缩强度和弯曲强度最低,其质量烧蚀率也最低。     

二维C/(BCχ-SiC)n复合材料的高温层间剪切性能

采用双槽口剪切法(double-notchcd shear,DNS)研究了二维(twodimensional,2D)碳乡纤维增强碳化硼-碳化硅[2DC/(BCx-SiC)]复合材料的高温层间剪切性能,用扫描电子显微镜观察断口彤貌.结果表明:在25～1200℃范围内.温度对2DC/(BCx-SiC)n复合材料的层间剪切强度有明显影响,在900℃时材料的层间剪切强度最高可达40.0MPa,分别比25℃和1200℃的商约13%和8%,略高于700℃的.此外,C/(BCx-SiC)n的层间剪切强度始终高于C/SiC的强度,且2种材料的层间剪切强度随温度变化规律相似.断口分析表明:层间剪切失效发生在基体内部或基体/纤维界面上,而纤维并没有受到损伤.     

C/C–ZrB_2–SiC复合材料的制备及其性能

结合化学气相渗透工艺(chemical vapor infiltration)与前驱体浸渍裂解(precursor infiltration and pyrolysis,PIP)工艺,制备了C/C–Zr B_2–Si C复合材料,并对材料的力学性能和烧蚀性能进行了分析。结果表明:PIP工艺制备的C/C–Zr B_2–Si C复合材料的拉伸、弯曲及剪切强度分别为91.2、214和35.8 MPa,优于通过浆料浸渍工艺制备的复合材料。同时,热流3 200 k W/m~2,时间600 s的氧乙炔火焰试验表明,PIP工艺制备的C/C–Zr B_2–Si C复合材料具有良好的抗氧化烧蚀性能,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.002 mm/s和0.7 mg/s。     

二维C/(BC_x–SiC)_n复合材料的高温层间剪切性能(英文)

采用双槽口剪切法(double-notched shear,DNS)研究了二维(two dimensional,2D)碳纤维增强碳化硼-碳化硅[2DC/(BCx-SiC)n]复合材料的高温层间剪切性能,用扫描电子显微镜观察断口形貌。结果表明:在25～1200℃范围内,温度对2DC/(BCx-SiC)n复合材料的层间剪切强度有明显影响,在900℃时材料的层间剪切强度最高可达40.0MPa,分别比25℃和1200℃的高约13%和8%,略高于700℃的。此外,C/(BCx-SiC)n的层间剪切强度始终高于C/SiC的强度,且2种材料的层间剪切强度随温度变化规律相似。断口分析表明:层间剪切失效发生在基体内部或基体/纤维界面上,而纤维并没有受到损伤。