炭/炭复合材料界面微观结构的研究

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面结构直接影响着炭／炭材料的力学、热物理等各种性能。采用SEM、TIM等微观观察手段,就几种炭／炭复合材料界面的微观结构进行考察。对观察到的炭纤维与基体炭间的界面、同一纤维束中两根纤维间的界面,基体与其他外加物质间的界面、不同取向炭纤维间的界面、不同基体前驱体层间的界面等界面类型的细微结构进行了图示分析与讨论。     

结构炭/炭复合材料力学性能及微观结构研究

采用四向编织、快速化学气相渗透致密化新工艺制备了炭／炭复合材料,其弯曲强度达３２０ＭＰａ。分析研究了这种材料的力学性能特征。利用ＳＥＭ和高分辨ＴＥＭ分析了基体炭、炭纤维／基体灰界面的精细结构,发现炭纤维呈单根被基体炭包围,基体现灰呈层片状,为二维有序的乱层石墨结构;在炭纤维与基体炭之间存在着过渡相,这一过渡相厚度的约几十纳米,随着与炭纤维之间距离的增大,它们之间形成的夹角由小变大,这一过渡相即为炭     

炭/炭复合材料组分微观结构及热处理研究进展

炭/炭复合材料组分的微观结构具有多样性.不同前驱体的炭纤维的微观结构不同,PAN基炭纤维的结构最精细,有基本炭网面、微原纤、微纤和条带结构共四级结构单元,高温热处理将使微原纤结构消失从而变成三级结构:基本炭网面、微纤和条带结构;沥青基炭纤维中大致有三级结构单元:微域、域和织构;基体材料无论是热解炭还是沥青炭,都有三级结构,基本结构单元(BSU)、小区域分子取向(LMO)、织构;基体/纤维界面的结构很复杂,具有过渡性,界面结构不但有梯度变化,也有织构突变,基体/纤维界面应力同样会影响纤维的表面和内部结构,这种结构变化在高温热处理后更加明显.     

炭纤维表面特性对炭/炭复合材料力学性能的影响

分别以含有原始上浆剂的聚丙烯腈基炭纤维及其经过高温除胶处理的炭纤维为增强体,通过沥青浸渍、炭化和高温热处理方法获得了炭/炭复合材料,对获得的复合材料中基体炭的结构和材料的力学性能进行了分析。含有原始上浆剂的炭纤维表面含有较多含氧官能团,易与基体炭形成较强结合的界面,基体炭取向受到限制,在纤维轴向呈竹节状断裂,承载过程中基体炭对炭纤维协同承载作用弱,复合材料表现出了较弱的力学性能。经过高温除胶处理的炭纤维表面几乎没有含氧官能团,易于与基体炭形成弱结合界面,基体炭取向受到的约束小,可围绕炭纤维形成"类同心圆"结构。这种状态下形成的基体炭在纤维轴向连续性较好,复合材料的力学性能较高。     

热处理温度对炭/炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明：随着最终热处理温度的提高，易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距缩小，石墨化度有较大提高；平行炭布方向的导热系数和垂直炭布方向的导热系数均有上升。同时，由于基体炭与炭纤维两者热膨胀系数的差别，热处理温度的提高，降低了基体与增强纤维的的结合强度，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低。试验还表明：随着热处理温度的提高，炭／炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜，摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态，磨损量下降明显。经l800℃热处理的质量损失主要是由氧化造成的。     

热解炭微观结构对炭/炭复合材料力学性能的影响

以PAN基针刺纤维毡为基体,采用等温化学气相渗透技术,在温度1000℃、压力5.0~20.0 kPa条件下制备了2种具有不同微观结构热解炭的炭/炭复合材料,研究了其力学性能与热解炭微观结构的关系. 结果表明,压力8.0 kPa下得到的具有单一低织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度较高,为86±3 MPa,热解炭与炭纤维间界面结合紧密,加载过程中二者同时断裂,呈现明显的脆性断裂行为;压力10.0~20.0 kPa下得到的具有中织构-高织构-中织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度稍低,为82±4 MPa,加载过程中材料内部不同织构热解炭间多层次界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度,断口形貌呈现锯齿状,表现出假塑性断裂特征.     

炭/炭复合材料的热物理性能

综述了炭／炭复合材料的热物理性能及其影响因素。炭／炭复合材料热导率的大小由炭纤维的类型、取向、体积分数以及基体的结构类型决定，热处理工艺也对它有很大的影响。炭／炭复合材料的热导率随温度升高一般先升高后降低。炭／炭复合材料在低温时具有负热膨胀系数，影响其这一性能的因素除了坯体结构和基体     

炭纤维/热解炭+Al2O3复合材料的微观结构研究

为提高炭／炭复合材料的隔热性能,设计出了Ａｌ２Ｏ３粉末和纤维＋炭布缠绕预制体结构。采用快速化学气相沉积新技术制备出了炭纤维／热解炭＋Ａｌ２Ｏ３复合材料,并采用ＳＥＭ分析、能谱分析及Ｘ射线衍射分析研究了其微观结构。实验结果表明,这种材料自表面到内部形成了有利于隔热的密度梯度,材料组织均匀,闭孔细小,分布合理,隔热性能良好     

基于RPM的炭/炭复合材料人工骨预制体成型技术研究

炭／炭复合材料是一种新型的炭纤维增强的以炭为基体的高性能复合材料，其增强相和基体都由碳元素构成，不仅具有炭材料固有的生物相容性，而且还具有纤维增强复合材料的高强度与高韧性，对其应用于人体组织材料进行了广泛的研究。通过应用RPM技术及快速模具，解决了复杂形状炭／炭复合材料难成型的问题，并对其在生物领域的应用进行了展望。     

固体火箭发动机炭/炭复合材料喉衬烧蚀行为研究

从固体火箭发动机炭/炭复合材料喉衬烧蚀后的形貌和结构特性出发,采用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、元素分析仪等表征分析了炭/炭复合材料烧蚀后的微观结构形貌、纤维损伤程度、纤维和基体的界面结合状态、沉积粒子含量以及喉衬密度等,探究了烧蚀温度、压力及推进剂种类等因素对炭/炭复合材料烧蚀后微观结构的影响,并结合材料的构...     

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。     

炭纤维表面处理对短炭纤维增强炭基复合材料强度的影响

为了增强炭纤维的表面活性,提高炭纤维与基体炭的结合强度,用浓硝酸对炭纤维进行了表面氧化处理。考察了处理时间和处理温度对短炭纤维增强炭基复合材料（ＳＣＦＲＣ）力学性能的影响;用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对ＳＣＦＲＣ的弯曲断面进行了观察。结果表明：对炭纤维进行表面处理可以提高其与基体炭的结合强度,炭纤维与基体炭的结合强度以及ＳＣＦＲＣ的抗弯强度均随着炭纤维氧化处理时间的增加和处理温度的升高而增大     

炭／炭复合材料用基体—COTAP的合成与性能研究

以廉价的国产中温煤沥青为原料,通过特定的交联催化反应,合成了一种适合于炭/炭复合材料用的基体——COTAP,并研究了不同反应条件下COTAP基体的残炭率及其与炭纤维之间的润湿性,以及由其制备的炭/炭复合材料的强度。实验结果表明,COTAP基体具有良好的综合性能,是一种很有价值的炭/炭复合材料用基体。     

炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。     

毡体热处理对炭/炭复合材料氧化行为的影响

将炭纤维毡体进行两组不同温度的高温热处理，然后采用化学气相沉积工艺制备炭／炭复合材料，考察了两组材料在不同温度、时间下的氧化失重率，利用X射线衍射技术分析了炭纤维的石墨化度，采用扫描电子显微镜观察了氧化前、后炭／炭复合材料的形貌，探讨了两组材料的氧化反应过程及其氧化行为差异的原因。     

高导热炭纤维复合材料的制备及其性能研究

以聚苯硫醚为基体,中间相沥青基炭纤维为增强材料,采用热压成型工艺制备高导热炭纤维复合材料。研究了不同炭纤维含量对聚苯硫醚基复合材料结构和性能的影响。通过XRD、SEM、TEM等手段对材料微观结构进行观察分析,并测试复合材料的力学性能和导热性能。结果表明:不同炭纤维含量对复合材料性能影响不同。随着炭纤维含量的增加,力学性能随之降低,导热率随之升高。纤维含量为5%时,复合材料拉伸强度最高为45.17 MPa,弯曲强度最高为82.24 MPa,导热率最低为0.82W/m·K;纤维含量为20%时,复合材料拉伸强度最低为30.57 MPa,弯曲强度最低为69.36 MPa,导热率最高为1.88 W/m·K。通过微观形貌分析得出炭纤维结合能低,惰性高,与基体结合不够紧密。     

涂层工艺对C/C复合材料结构和弯曲性能的影响

采用热处理和包埋工艺制备了Ｃ／Ｃ复合材料的ＭｏＳｉ２／ＳｉＣ抗氧化涂层,对组织结构、界面、弯曲断口进行了显微观察,分析了氧化保护涂层及其工艺对其机械性能的影响,结果表明,该工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面生成涂层的同时,使基材内部的界面也被硅化;并且发现,热解炭基体比炭纤维更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ。Ｃ／Ｃ复合材料经涂层工艺处理后,弯曲强度降低;热处理过程中发生的材料氧化是弯曲强度下降的主要原因     

炭纤维增强层状热解炭/碳化硅基复合材料的制备及性能研究

以普通炭毡为预制体,在炭纤维表面经多次反复沉积热解炭(PyC)和碳化硅(SiC)层,最终制备出炭纤维增强层状PyCSiC炭/陶复合材料。对复合材料微观结构、物相组成及断裂行为进行分析,结果表明:靠近炭纤维周围的层状PyC-SiC复合材料厚度均匀、致密,层状结构清晰,远离炭纤维处层状结构难以分辨;结合三点弯曲载荷-位移曲线及SEM断口形貌可以判断复合材料断裂方式为阶梯型断裂,裂纹在层间界面发生了明显的偏转,炭纤维增强层状PyC-SiC复合材料的韧性得到明显提高。     

炭纤维增强复合材料振动性能研究进展

炭纤维增强复合材料的固有频率和阻尼特性受复合材料的组织结构和使用环境的影响。针对炭纤维增强树脂基和炭基复合材料的固有频率和阻尼特性的研究进展进行了系统论述,详细介绍了纤维、基体、纤维/基体的界面及温度对炭纤维增强树脂基和炭基复合材料固有频率和阻尼特性的影响。     

THE INTERFACES OF CARBON FIBRE REINFORCED CARBON MATRIX COMPOSITE

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面直接影响材料的力学、热物理、抗氧化等性能。深入对炭／炭界面的研究,对于改进材料结构,提高材料性能意义重大。因此对炭／炭复合材料界面研究的意义、方法、现状作了介绍,并展望了研究的发展趋向。