碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟

基于热解碳沉积的Particle-Filler（P-F）概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论,提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制,实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模,并采用Gibbs系综Monte Carlo （MC）方法对化学气相渗透（CVI）工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟。研究表明：由于气相中小的芳香烃组分C₆的吸附比线性小分子烃组分C₂的吸附更容易受到抑制,因而限制了沉积表面的P-F双分子反应;随C₆与C₂浓度比值R的变化,热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布,导致了2种不同的亚稳相碳即中织构（MT）和高织构（HT）热解碳的生成,并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面。进一步的计算表明：热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域,其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C₂的初始浓度及沉积温度T的影响;为了得到均一织构的热解碳,应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数。     

热处理温度对钼酚醛树脂连接炭/炭复合材料接头性能的影响

以钼酚醛树脂为原料基体，添加适量的钼粉，对炭／炭复合材料进行连接试验，测试了不同温度处理后接头的室温剪切强度。结果表明，经1500％处理后接头仍保持较高的连接强度，可达13．3MPa。利用XRD和SEM研究了接头的组成和形貌，发现添加适量钼粉后，不但可以降低酚醛树脂在炭化过程中的体积收缩，还能在1100％时原位生成Mo2C来提高接头的连接强度。     

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-5和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60％。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26GPa,弯曲强度为1061．4MPa,层间剪切强度（ILSS）为54．05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55．73GPa,弯曲强度为840．52MPa,层间剪切强度（ILSS）为44．84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26．3％、33．2％与20．5％。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。     

大比压油润滑条件下C/C复合材料的摩擦特性

研究C/C复合材料在油润滑下的摩擦磨损性能,测试C/C复合材料在大比压油润滑条件下的摩擦因数,并与干摩擦工况进行对比。结果表明:在载荷500~720 MPa、速度300~1 200 r/min工况下,油润滑条件下C/C复合材料的摩擦因数在0.1~0.17之间,而在干摩擦条件下摩擦因数在0.13~0.27之间,表明在油润滑条件下C/C复合材料表现出更优的摩擦特性;与油润滑相比,干摩擦条件下C/C复合材料表面的碳纤维显现出明显的磨损痕迹,表明C/C复合材料在油润滑条件下具有更好的耐磨性。     

预制体孔隙结构对炭/炭复合材料ICVI制备工艺的影响

研究了预制体孔隙结构对ICVI工艺致密化过程及基体热解炭微观结构的影响。结果表明：2D针刺炭毡致密化速度高于炭布叠层预制体，1K炭布叠层预制体的致密化速度高于3K炭布叠层；在致密化过程中，热解炭均匀沉积在纤维表面，预制体AS／VR比值变化是导致热解炭微观结构发生改变的根本原因。     

碳/碳复合材料表面声电沉积/碱热处理复合工艺制备羟基磷灰石生物活性涂层研究

通过碱热处理工艺对碳/碳复合材料表面阴极声电沉积的磷酸钙生物陶瓷涂层进行处理,使其转变为磷灰石涂层,采用SEM,EDAX,FTIR,XRD等研究了涂层组成、结构和形貌的变化,并采用拉伸测试评价了涂层与基体的结合力,用SEM观察了涂层的断口形貌.结果表明：用声电沉积技术获得的片状透钙磷石涂层经碱热处理后而得到磷灰石涂层,涂层与基体形成了化学键合,且结合紧密,涂层的形貌没有显著变化,但涂层的致密度有所增加;拉伸测试表明涂层与基体的结合强度最大可达4.2 MPa 以上,涂层的失效部位主要在涂层内部,其失效方式为涂层的内聚破坏和界面脱粘.     

丙烷化学气相沉积均相热解反应动力学模拟

采用均相反应机理来考察丙烷在热解炭化学气相沉积(CVD)条件下的均相热解反应动力学。提出的反应机理包含285种气相组分和1074个基元反应,其中大部分反应可逆。该反应机理结合全混反应器模型和平推流反应器模型分别形成丙烷热解的0维和1维反应动力学模型,计算得到组分浓度随温度和滞留时间的分布函数,并与实验结果比较。结果表明,此反应机理可以复制出主要产物的形成路径,两个反应模型都能准确地预测小分子随温度和滞留时间的分布函数,并能较好地预测大分子随温度和滞留时间的变化趋势。在1248 K和滞留时间为1 s条件下,对丙烷的热解进行反应流速率分析并对重要产物进行灵敏度分析,以确定丙烷热解的主要反应路径和重要的反应步骤。最后,讨论如炔丙基、环戊二烯基和茚基等自由基在稠环芳香烃形成过程中起到的重要作用。     

Kevlar?纤维组合镀镍/铜/银及其性能研究

先通过溶胀浸银预处理Kevlar^?芳纶纤维,然后依次进行化学镀镍、化学镀铜和电镀银,在纤维表面得到均匀、致密的Ni/Cu/Ag层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了Kevlar^?纤维经不同工序处理后的表面形貌和结构,考察了Ni/Cu/Ag层的结合力、耐蚀性、力学性能和热稳定性。结果显示,所得Ag/Cu/Ni/Kevlar^?纤维表面金属层的结合力和耐蚀性良好,基本保持了Kevlar^?纤维基体原有的力学性能和热稳定性。     

多官能团环氧树脂的固化反应和凝胶模型

用差示扫描量热仪和RS600旋转流变仪分别研究了AG-70环氧树脂体系的升温固化反应情况和升温及恒温条件下的流变性能。实验结果表明,该环氧树脂体系的固化动力学方程符合两参数自催化模型,采用Malek最大概然法计算了模型中的动力学参数,获得了两个特征值下的动力学方程,将实验结果与理论值进行了对比。采用两种方式确定了凝胶温度点,并与用差示扫描量热(DSC)方法获取的凝胶点温度作比较,利用恒温温度与凝胶时间的函数关系计算出了凝胶模型,其数学表达式为:lntgel=-19.67+8.57/T。     

硝酸银和钨酸钠的浓度比对掺钨镀银芳纶纤维织物耐蚀性的影响

采用"非刻蚀-无钯活化"法对Kevlar?芳纶纤维织物进行表面改性,再化学镀得到掺钨镀银层。表面改性的主要步骤为:先用丙酮超声除油30 min,然后用含0.1 mol/L AgNO_3的N-甲基吡咯烷酮水溶液在90°C下溶胀浸渗2 h,再置于室温的10 g/L NaBH4溶液中还原15 min。化学镀液(pH=10.0～11.0)由AgNO_3、Na_2WO_4·2H_2O、1.3 mol/L NH_3·H2_O、0.5 mol/L CH_3COOH、0.000 5 mol/L糖精、0.02 mol/L乙二胺四乙酸二钠和0.009 mol/L水合肼配制得到。研究了镀液中AgNO_3和Na2WO4的浓度比(总浓度为0.6 mol/L)对掺钨镀银层的方块电阻、抗Na_2S变色和耐中性盐雾腐蚀性能的影响。结果表明,AgNO_3和Na_2WO_4的浓度比为2∶1时,所得掺钨镀银层的各项性能都最佳。