炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响3个方面,对炭/炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭/炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。     

航空刹车副用C/C复合材料氧化行为研究

对波音757飞机用Dunlop和波音767飞机用BF Goodrich生产的C/C复合材料刹车盘试样的氧化行为进行了研究,研究结果表明:在氧化试验温度范围内,B757刹车盘材料氧化失重与温度具有三段式关系,而B767刹车盘材料具有二段式关系,它们各自对应的氧化敏感温度分别约为600℃,700℃;在氧化敏感温度以下氧化动力学曲线为直线型,在敏感温度以上曲线为指数型;通过较深程度的氧化可清晰地观察C/C复合材料纤维骨架的结构层次,E757刹车材料为二层薄炭毡中间夹一层纤维布组成的单元叠层构成,纤维布的纤维方向互成90°;B767刹车材料为无捻长纤维按一定角度旋转铺层,并在层面上铺加适量随机取向的短纤维束;材料氧化时首先在纤维与基体交界处氧化,基体炭氧化较深,纤维炭氧化成针尖状;但B757材料的炭毡纤维氧化程度较深而成管状。     

碱金属氧化物Na2 O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响

通过调整陶瓷结合剂中碱金属氧化物Na₂O含量,来探究碱金属氧化物Na₂O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响。当n(Na₂O)/n(SiO₂)=0.1时,磨具试样的强度(57.7 MPa)和硬度(117 HRB)达到最大值。随着碱金属氧化物Na₂O添加量的增加,结合剂的耐火度随之显著降低,流动性显著增加。磨具试样断口SEM照片表明,适量的碱金属氧化物Na₂O能够使磨具断面空隙减少,孔隙度降低,结合剂与磨料分布更加均匀,结合剂与磨料结合界面更加紧密。XRD分析表明,磨具试样在720 ℃下烧结,结合剂中除了玻璃相还产生了一种晶相,结合剂中碱金属氧化物Na₂O的含量对烧结后产生的晶相种类无影响。     

化学气相反应法制备SiC涂层对C/C复合材料力学性能影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段研究了涂层的形貌和结构,并采用三点弯曲试验研究了材料的力学性能,讨论了SiC涂层及制备工艺对复合材料断裂行为的影响.结果表明:涂层后材料的弯曲强度和最大断裂位移明显增大.未涂层C/C复合材料的平均弯曲强度为172.4MPa,而涂层后C/C复合材料的平均弯曲强度为239.8MPa,弯曲强度提高了39.1%.涂层试样强度的提高主要与制备过程中部分蒸气扩散渗透反应引起的界面强化及SiC颗粒的增强作用有关.此外,涂层后材料的断裂模式未发生明显转变,断裂过程中试样表现出一定的假塑性和韧性断裂特征.     

热解碳沉积温度对增强石墨力学性能的影响

采用化学气相沉积增密技术制备热解碳增强普通石墨材料。研究沉积温度对增强石墨力学性能的影响,并探讨热解碳增强普通石墨材料的沉积机理。结果表明:随沉积温度升高,增强石墨的抗弯强度提高,在1 600℃沉积时达到最大值39.33 MPa,比石墨基体提高21.7%。其主要原因是随沉积温度升高,热解沉积由CVI过程变为CVD过程。当温度低于1 600℃时,化学气相渗透过程占主导;温度高于1 600℃后热解碳极易沉积在基体表面,形成热解碳膜,化学气相沉积过程占主导。在1 600℃温度下,其抗弯强度随沉积时间的变化不大,这证明高温下(1 600℃)化学气相沉积主要发生在石墨块体表面。     

丁腈橡胶对PEMFC用炭纸性能的影响

用丁腈橡胶(CTBN)共聚改性酚醛树脂作为浸渍剂对炭纸坯体进行浸渍,经模压固化、炭化和石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池用炭纸。研究浸渍剂中丁腈橡胶含量对炭纸性能的影响。研究结果表明:随CTBN含量增加,炭纸的孔隙率、透气性及导电性能均得到改善。并且发现炭纤维与基体炭的界面结合程度对炭纸导电性能的影响大于石墨化度的影响。随CTBN含量增加,炭纸的强度先增加后降低,当丁腈橡胶添加量占酚醛树脂质量的30%时炭纸强度达最大值。所得PEMFC用炭纸性能参数如下:电阻率18.0 mΩ·cm,孔隙率65.6%,透气度为2 050 ml·mm·cm-2·hr-1·mmAq-1;抗拉强度30.14 MPa和抗弯强度68.15 MPa,分别比改性前提高了28%和65%。     

高密度预制体制备炭/炭复合材料的弯曲力学性能与断裂机制

以丙烯作为碳源,氮气作为载气,采用初始密度为0.94g/cm3三维正交PAN基12K炭纤维预制体,利用自制的快速CVI炉制备基体热解炭结构为带状结构的C/C复合材料。力学性能测试结果表明,材料的弯曲断裂特征与制备过程中受到的高温热处理次数有关。从载荷-位移曲线来看,当C/C复合材料经过两次热处理时,C/C复合材料呈明显假塑性断裂特征。当C/C复合材料经过三次热处理时,载荷-位移曲线趋于稳定平滑,抗弯强度降低。从C/C复合材料断面的SEM图可以观察到材料断裂可以分为层间断裂和层内断裂,而层内断裂又因热解炭填充密度变化呈明显的分区断裂。由于热解炭和纤维含量在C/C复合材料中分布的差异,材料在不同的区域表现出不同的断裂特征,从而使得材料具备良好的弯曲强度同时具有一定的韧性特征。     

酚醛树脂炭含量对炭纸组织结构和性能的影响

对预制PAN基炭纤维纸进行树脂浸渍、模压和高温热处理,制备燃料电池用炭纸。借助SEM和XRD等技术研究了炭纸的微观结构和石墨化度。分别用压差法、四探针电阻法和拉伸测试测得炭纸的透气率、面电阻率和拉伸强度。结果表明:增加PF树脂炭含量可以提高炭纸的体积密度和拉伸强度,但导致透气性能下降。树脂炭含量的增加也有助于炭纸形成发达的三维网络状结构,炭纸的导电性能得到改善,炭纸整体石墨化趋势有一定的加强。当PF树脂炭含量为54%时,炭纸透气率为2050mL·mm/(cm2·h·mmAq),密度为0.48g/cm3,面电阻率21.1mΩ·cm,石墨化度58%,抗拉强度达到15MPa,基本满足炭纸的应用要求。     

短炭纤维/树脂炭复合材料导热系数与石墨化度之间的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD,分析了一种中间相沥青基短炭纤维／树脂炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了两者之间的定量数学模型。并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明。复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的6倍，但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高。两个方向导热系数λ与石墨化度g之间关系分别符合公式：λ=53．78 0．28exp(g／13．75)及λ=4．95 0．94exp(g／25．22)。     

子寅油田仑16块周期注水试验研究

百色盆地子寅油田仑16块砂岩油藏已进入特高含水开发后期，水驱剩余可采储量少，注水开发效果差，为提高区块采收率和开发效果，开展了周期注水先导试验。试验结果表明：周期注水改善了水驱开发效果，产油平稳，含水下降2．41％，采收率提高5．57％。在降压半周期动态表现为：含水下降、含水平稳和含水波动略有上升三个阶段；各井组单位压降产液也出现逐渐上升、相对平稳和略下降三个阶段。注水周期以4～6个月比较合适。该试验的成功对砂岩油藏周期注水改善开发效果具有重要的指导意义。