碳／碳复合材料的高温蠕变研究

综述了外对碳／碳复合材料及碳纤维的高温的高温蠕变及蠕变机理的研究情况。     

碳／碳复合材料

一、前言碳纤维增强碳基体的复合材料,在工业上通常称做碳/碳复合材料(也用符号C/C表示),人们为了提高碳和石墨的强度,以便能够利用这些材料的优良耐高温性能,即在2500℃高温下的热稳定性、抗热震性以及利用这些材料做成的高性能工程零部件而不断地研究开发C/C复合材料的。     

基于酚醛树脂的碳/碳复合材料在高温分解过程的微结构演变

采用热压成型方法制备碳/ 酚醛树脂预制体, 再经高温碳化得到开气孔率为27 %、密度约1. 27 g/ cm3并具有预期孔隙结构的碳/ 碳复合材料。研究了200～900 ℃预制体转化为碳/ 碳复合材料过程中, 材料的密度、开气孔率、失重率、以及内部微观结构随温度的变化。分析了材料在高温分解过程中微观结构演变规律。结果表明,酚醛树脂主要在400～700 ℃大量分解, 其分解速率约为其余温度范围的4 倍, 该温度范围失重率增加了14 %、开气孔率增加了18 %。在高于400 ℃时形成大量裂纹与孔隙, 随着温度升高裂纹增多并进一步扩展, 900 ℃碳化后形成一种连通的特征性微观裂缝网格模式。高温分解后碳/ 碳复合材料中总孔容约0. 17 cm3 / g , 其中81 %的孔隙半径在122. 190～2. 440μm 范围内。      

细编穿刺碳/碳复合材料等离子火炬高温烧蚀性能研究

采用等离子火炬作为高温热源，研究了细编穿刺碳／碳复合材料高温烧蚀性能。研究结果表明：随着烧蚀区域从火焰中心到边缘的变化，材料的烧蚀特性从中心区域的以热力学烧蚀为主向靠近边缘区域的以热化学烧蚀为主过渡；碳基体和碳纤维的抗热力学烧蚀性能相当，而抗热化学烧蚀和抗氧化性，碳纤维则明显优于碳基体。     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

碳/碳复合材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展

碳/碳复合材料是一种性能优异的高温摩擦材料,作为刹车材料在航空工业已得到成功应用.但碳/碳复合材料的摩擦磨损性能强烈地依赖于试验条件和制备工艺.综述了各种因素对碳/碳复合材料摩擦磨损性能的影响,总结了碳/碳复合材料摩擦磨损机理,并指出了碳/碳复合材料摩擦学需进一步深入研究的问题及新的研究方向.     

硅和碳：高性能高温复合材料的关键元素

前言完全由炭组成的纤维强化复合材料即碳纤维/碳复合材料(C/C复合材料)已成功地取得了高性能,作为高温极端结构部件已得到了应用。另一方面,SiC和Si_3N_4等的含硅陶瓷,早在数十年前就已经作为抗氧化性高的高温材料加以应用了,但严重的脆性尚未得到改善。由上述碳和石墨构成的材料最有希望作为将来的高温结构材料的候补材料。     

碳/碳复合材料的生物相容性及生物应用

碳／碳复合材料继承了碳大有的生物相容性，又具有优良的力学性能，在生物医用材料领域有很大的应用前景。本文总结了医用碳碳／复合材料的研究现状，评述了碳／碳复合材料的生物相容性特点，并详细讨论了碳／碳复合材料生物医用所涉及到的模量、界面及表面改性等问题，对碳／碳复合材料的医用前景进行了展望。     

涂层碳/碳复合材料氧化机理的研究

通过高温等温氧化实验,对自制涂层碳/碳复合材料的氧化机理进行了研究.研究结果表明,涂层碳/碳复合材料的等温氧化可分为4个阶段.氧化初期,涂层的表面开始氧化,氧化失重是一个受氧气和涂层的化学反应控制,表现为氧化增重;氧化中期,氧化失重受玻璃质的形成速度和蒸发速度控制,表现为缓慢的氧化失重,氧化失重与时间的关系为直线型;随后,涂层上出现裂纹的形成和愈合过程,涂层深层被氧化,表现为较快的氧化失重;最后,涂层被局部破坏,基体被部分氧化,氧化失重直线上升.     

国内C/C复合材料基体改性研究进展

碳/碳(C/C)复合材料在高温含氧气氛下的氧化烧蚀问题严重制约该材料在航空航天领域的推广应用,基体改性技术是提高该材料高温抗氧化抗烧蚀能力的有效手段。介绍了目前发展的化学气相渗透、先驱体转化、反应熔体浸渗、化学气相反应等基体改性技术的主要方法,综述了SiC,ZrC,TaC,HfC,ZrB2,WC,Cu等抗氧化和抗烧蚀组元改性C/C复合材料的研究现状。指出难熔金属碳化物和硼化物,如HfC,ZrC,TaC,HfB2,ZrB2等,具有熔点高、高温性能稳定、抗烧蚀性能优良等特点,是提高C/C复合材料高温抗氧化抗烧蚀的理想基体改性材料,并提出了C/C复合材料基体改性研究中存在的问题和今后潜在的发展方向。     

最小能量函数法求解碳基复合材料超高温烧蚀产物

采用最小能量函数法对碳基复合材料超高温烧蚀气态产物进行了计算。并用“星形”等离子发生器和等离子体火炬对碳基复合材料进行了高温烧蚀实验, 获得了不同温度、压力下的高温烧蚀气态产物光谱。光谱检测的烧蚀气态产物与采用最小能量函数法计算的气态产物完全一致, 表明采用最小能量函数法计算碳基复合材料超高温烧蚀气态产物, 求解方法正确、合理、有效。该方法不仅能够计算不同温度、压力下的碳基复合材料超高温烧蚀气态产物, 还可用来计算混杂碳基复合材料这种更加复杂的烧蚀体系。      

炭/炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态

综述了近年来炭／炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态，重点阐述了不同改性方法对煤沥青的残炭率及高温流变性能的影响，指出了开发综合性能优良的改性煤沥青是制备低成本高性能炭／炭复合材料的关键。     

碳纤维增强复合材料中改性木质素的应用

目的 解决碳纤维增强环氧树脂复合材料中由双酚A合成的环氧树脂成本高、危害环境与健康、耐化学性差的问题,使木质素代替双酚A合成环氧树脂来制备碳纤维复合材料。方法 通过综述木质素在环氧树脂合成中的改性方法与合成方案的研究进展,分析碳纤维复合材料成型工艺的优缺点。结论 采用不同方法对木质素进行化学改性,可在降低成本的同时提高热稳定性与耐化学性等各项性能。用改性或降解木质素来合成碳纤维复合材料的环氧树脂基体为碳纤维增强材料的研究提供了新的研究方向,对碳纤维增强材料降低成本、提高性能和促进行业发展都具有积极作用。     

光纤埋入碳纤维复合材料后光学性能变化的研究

介绍了对光纤埋入碳纤维复合材料结构成型过程中，光纤性能变化的研究，在碳纤维复合材料结构的成型过程中，光纤将承受高温，高压的作用，这种恶劣环境对光纤的性能产生影响，本文的研究将对提高智能复合材料结构中光纤传感器系统的性能起到重要作用。     

低温聚苯胺/碳纳米管复合材料的制备

采用原位聚合法合成出了具有较高导电性的聚苯胺及聚苯胺 /碳纳米管复合材料 ,考察了不同碳纳米管添加量对聚苯胺 /碳纳米管复合材料表面形态、材料结构及导电性的影响并进行了表征。结果证实 ,制备出的复合聚苯胺的电导率比所见报道值提高了 1～ 2个数量级 ,为高电导率聚苯胺的合成开辟了更广阔的前景。     

基于碳纳米管复合物的电化学生物传感器研究进展

新型碳纳米管复合物的开发及其在电化学生物传感器中的应用是近年来材料学和分析领域的研究热点.介绍了碳纳米管复合物在电化学生物传感领域的研究发展,重点对碳纳米管与纳米颗粒、聚合物及离子液体复合材料在电化学生物传感中的应用进行了论述.     

C/C密度梯度材料的热学及力学性能研究

C/C密度梯度材料的研究在国内尚属于空白,本文作者研究了C/C复合材料的导热系数与密度间的关系,并对比密度均匀材料与密度梯度材料的导热系数和力学性能,从理论上探索C/C密度梯度材料的应用前景。为进一步开发C/C密度梯度材料提供了理论依据。     

海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究进展

海藻酸钠的亲水性和其凝胶的三维网状结构赋予海藻酸钠水凝胶良好的吸附性能,成为处理水中污染物的理想吸附材料。碳材料如石墨烯、碳纳米管等因其具有较高的比表面积,常用于污染物的吸附,与海藻酸钠复合可进一步改善和丰富海藻酸钠凝胶的性能。针对海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究现状,以氧化石墨烯、碳纳米管和活性炭这3种碳材料为主线,简单总结了海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究进展,并提出需要解决的若干问题。     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

炭/炭复合材料高温防氧化陶瓷涂层的研究新进展

陶瓷涂层技术是解决炭/炭(C/C)复合材料高温易氧化难题的有效手段。本文阐述了C/C复合材料的氧化过程与抗氧化途径,综述了近年来国内外C/C复合材料高温防氧化单相、多相镶嵌,梯度复合,晶须增韧以及多层复合等陶瓷涂层体系的最新研究进展,并就陶瓷涂层目前存在的问题以及下一步研究的重点提出了一些见解。