表面硅化对C/C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层 ,研究了制备工艺对涂层和C/C复合材料组织结构的影响。结果表明 :硅化反应时间对C/C复合材料的SiC涂层厚度影响不大 ;C/C复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比 ,更易与Si反应生成SiC ,说明碳纤维的稳定性高于热解碳 ,Si通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

热解碳涂层对Cf/Al复合材料热膨胀性能的影响

采用真空挤压吸渗工艺制备了不同厚度热解碳（PyC）涂层的碳纤维增强铝基（C_f/Al）复合材料,研究了热解碳涂层对C_f/Al复合材料热膨胀性能的影响。结果表明,热解碳涂层均匀而致密,可有效地保护碳纤维;对C_f/Al复合材料的热膨胀性能进行测试表明,与碳纤维表面无涂层的C_f/Al复合材料相比,当热解碳涂层的厚度约为70 nm时,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料的热膨胀系数减小了24%;在一定的厚度范围内（70~250 nm）,随着热解碳涂层厚度的增加,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料界面结合强度和滑移阻力逐渐减小,热膨胀系数逐渐增大。     

不同基体炭C/C复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺毡为预制体,采用化学气相沉积法(CVI)和结合液相浸渍树脂或沥青法制备了热解炭为粗糙层与光滑层结构的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料在0.6 MPa的模拟刹车压力下的摩擦磨损性能与磨损机理.研究表明:基体炭为粗糙层热解炭与树脂炭的C/C复合材料摩擦表面能形成较厚且连续的自润滑摩擦膜,摩擦稳定性最好,摩擦因数适中,氧化磨损小,磨损机理主要为膜的部分脱落、氧化磨损与相对较小的磨粒磨损;基体炭为光滑层热解炭与树脂炭或沥青炭的C/C复合材料摩擦表面形成的摩擦膜较薄且不连续,摩擦稳定性差,摩擦磨损较大,磨损机制主要为膜的部分脱落、磨粒磨损与更严重的氧化磨损;随着密度的升高,C/C复合材料摩擦稳定性增加,摩擦因数增加,磨损降低;基体炭为单一沥青炭的C/C复合材料,由于没有热解炭对纤维的保护,纤维断裂多,线性磨损尤其大,磨损机理主要为大量的磨粒磨损与氧化磨损.     

催化剂对化学液相气化沉积制备炭/炭复合材料基体织构的影响

以二茂铁为催化剂、有机小分子碳氢化合物为液态碳源,采用化学液相气化沉积工艺制备出密度为1.67 g/cm3的大尺寸C/C复合材料.分析了不同催化剂含量对C/C复合材料基体织构的影响,加入催化剂后材料的组织结构趋向于生成光滑层和各向同性热解碳,并在碳基体中伴生有碳纳米线和多壁碳纳米管的生成.当催化剂含量(＜1%)较低、沉积温度较高时有碳纳米线出现,且随着催化剂含量增加,碳纳米线直径由50～100 nm减小到20 nm,长度逐渐增加;当催化剂含量大于1%时,此时出现多壁碳纳米管,直径在30～100 nm之间,项部并有碳包覆金属颗粒的生成.     

表面涂碳及复合材料制备对SiC纤维性能的影响

采用化学气相沉积法对SiC(W芯)纤维进行表面涂碳处理,分别用未涂碳SiC纤维和涂碳SiC纤维作为增强体,通过真空热压制备了SiC/Ti-6Al-4V复合材料,然后从复合材料中萃取出SiC纤维.拉伸实验表明,纤维表面涂碳有效地增加了SiC纤维的抗拉强度,但萃取出的SiC纤维强度明显降低.统计研究表明,SiC纤维的强度服从威布尔分布,碳涂层使纤维的威布尔模数增大但复合材料制备降低了威布尔模数.扫描电镜观察证明SiC纤维的断口呈现出明显的脆性断裂特征,涂碳处理明显减少了SiC纤维的表面缺陷,从而提高了其强度,减少了强度分散性,涂碳处理还可以减少Ti基复合材料制备过程中对纤维表面的损伤.     

C/C复合材料表面铱涂层的研究

采用双辉等离子技术分别在抛光、氧化和高温热处理的C/C复合材料表面制备贵金属铱涂层。C/C复合材料和铱涂层的表面微观结构通过扫描电镜观测。结果表明:在抛光的C/C复合材料表面获得沉积较好、覆盖良好的铱涂层,但铱涂层表面出现微裂纹。微裂纹出现是由于较高沉积温度下涂层与基体之间的热膨胀系数不匹配导致的。氧化和高温热处理的C/C复合材料基体表面出现较大间隙和缺陷,铱涂层没能完全覆盖其表面,需多次沉积填满这些缺陷。     

三维机织C／C复合材料的摩擦磨损性能

采用碳纤维织造了三维角联锁和三向正交2种不同三维机织物,首先采用化学气相渗透(CVI)使其致密,再采用液相树脂浸渍/碳化的补充增密技术,制备出粗糙层结构热解碳和树脂碳双元基体C/C复合材料;对该C/C复合材料进行摩擦磨损实验,采用光学显微镜、扫描电镜对三维机织物增强的C/C复合材料的摩擦面以及磨屑形貌进行观察,对其磨损机理进行分析.结果表明:三维角联锁C/C复合材料比三向正交C/C复合材料的摩擦因数低(分别为0.40和0.48),二者的摩擦性能均稳定,后者比前者磨损量小,说明Z向纤维束有利于提高摩擦因数并降低磨损量.     

温度对CVD-TaC涂层组成、形貌与结构的影响

利用TaCl5-C3H6-H2-Ar反应体系,用化学气相沉积法(CVD)成功地在C/C复合材料表面沉积TaC涂层及C-TaC复合涂层.研究了温度对TaC涂层的相组成和表面形貌的影响以及CVD-TaC涂层的沉积机理.结果表明:在1373～1673 K温度范围内能够在C/C复合材料表面制备碳化钽涂层,它由TaC和游离碳组成.提高沉积温度和H2/C3H6的流量比,TaC涂层中游离碳的含量减少;随着沉积温度的升高,TaC涂层的颗粒尺寸增大,均匀程度下降;在1 573 K时颗粒间出现明显的烧结界面,结构致密无裂纹.制备出成分波动的C-TaC复合涂层,该涂层与基体间具有良好的机械相容性.分析了低应力、无裂纹TaC复合涂层的形成机制.     

添加BN对光滑层热解炭结构的C/C复合材料摩擦性能的影响

通过粉末层铺法向全网胎炭纤维预制体中添加六方氮化硼粉末和化学气相沉积热解炭增密制备C/C-BN复合材料。在MM 1000摩擦试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对摩擦表面进行光学形貌观察以及对材料的组织结构和磨屑进行SEM形貌观察。结果表明:与C/C复合材料相比,C/C-BN复合材料的线性磨损率降低了40%,质量磨损率降低了70%;摩擦表面中的六方BN在摩擦过程中始终保持稳定,BN的存在使光滑层热解炭结构的C/C复合材料的摩擦因数曲线变得平稳、波动小并且对刹车压力响应迅速,摩擦表面上形成了一层薄的摩擦膜。     

表面硅化对C／C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在Ｃ／Ｃ复合材料表面制备ＳｉＣ涂层,研究了制备工艺对涂层和Ｃ／Ｃ复合材料组织结构的影响。经瓜时间对Ｃ／Ｃ复合材料的ＳｉＣ涂层厚度影响不大;Ｃ／Ｃ复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比,更易与Ｓｉ反应生成ＳｉＣ说明碳纤维的稳定性热解碳,Ｓｉ通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。