碳/碳复合材料氧化的研究进展

碳/碳(C/C)复合材料因比重轻、导电导热快等优异性能,成为航空航天领域应用的理想材料,但在643K以上温度的含氧环境中,碳/碳(C/C)复合材料易发生氧化而导致失效,因此,研究C/C复合材料的抗氧化性能非常必要。本文对C/C复合材料的氧化过程进行了总结,氧化过程主要是低温段的碳氧化学反应控制和高温段的氧气经边界层与碳反应的扩散控制。目前,针对C/C复合材料的抗氧化性弱的问题,有研究者提出,基体改性和涂层防护是提高材料抗氧化能力的主要方法。本文综述了静态氧化和高温氧化烧蚀的最新研究进展,从相关的研究进展可知,该材料的应用环境较为单一,为此本文基于海洋腐蚀环境,分析了C/C复合材料的氧化过程。     

SiC含量对C/C-SiC复合材料弯曲强度及抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷（PCS）为前驱体，对密度分别为1．34g／cm^3，1．52g／cm^3和1．62g／cm^3的针刺炭布C／C材料进行液相致密化处理，制得密度达1．75g／cm^3的C／C-SiC复合材料，并与密度为1．85g／cm^3的同结构高密度C／C材料的弯曲强度和抗氧化性能进行了对比分析。结果表明：密度为1．34g／cm^3的C／C材料经过PCS致密化处理，在保持高密度C／C材料的弯曲强度同时，显著提高了材料的抗氧化性能。     

致密化周期对三向碳/碳复合材料力学性能的影响

本文研究了致密化周期对三向碳/碳(3DC/C)复合材料力学性能一弯曲强度和临界应力强度因子的影响。研究表明,随着致密化周期的进行,3DC/C材料的气孔率降低,体积密度、弯曲强度和临界应力强度因子增加;高温热处理使力学性能降低;界面状态对材料性能影响很大。     

炭/炭复合材料抗氧化研究进展

C／C复合材料的高温氧化性能限制了其在高温领域的广泛应用。本文简要介绍了C／C复合材料的氧。化机理及两种主要的抗氧化技术，即抗氧化涂层技术和内部抗氧化技术，并就涂层的结构和发展趋势作了简要介绍。介绍了添加抑制剂磷和硼对C／C复合材料的高温氧化抑制，重点分析了将硼引入C／C复合材料的方法及硼在其中的接触氧化抑制和优先分配。对C／C复合材料的最新进展情况作了简要介绍，并对C／C复合材料高温抗氧化的研究方向提出自己的看法。     

硅溶胶水热处理及添加B2O3微粉改性碳/碳复合材料的抗氧化性能

以正硅酸乙酯为原料,采用一种新颖的硅溶胶及添加B2O3微粉-水热处理,并经800℃煅烧30min,对碳纤维增强碳(carbon fiber reinforcedcarbon,C/C)合材料基体进行改性.研究了水热处理温度、时间、B2O3微粉的添加等工艺因素对改性C/C复合材料的结构及抗氧化性能的影响.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪对改性C/C复合材料的表面物相组成、显微结构和微区化学元素组成进行了表征.结果表明:硅溶胶-热处理法提供了一条较好的C/C复合材料基体抗氧化改性的途径;复合材料的抗氧化性能随着水热温度的升高呈现先降低,后提高的趋势;适当延长反应时间,能提高复合材料的抗氧化性能;添加B2O3微粉的硅溶胶改性后的C/C复合材料的抗氧化性能明显提高,改性后的样品在500℃经5h氧化后,没有产生质量损失.     

硅、铜浸渍改性C/C复合材料制备技术、性能及应用

介绍了硅、铜浸渍改性C/C复合材料的制备、性能和应用。在C/C复合材料毛坯的基础上,通过液体硅渗透(LSI)制备C/C-SiC复合材料是一种快速致密的陶瓷基复合材料成型技术,可提高材料表面硬度和抗氧化性能,在刹车材料、空间望远镜用镜面、航天飞行器热防护系统、高温换热器等方面已得到实际应用。铜改性C/C复合材料可提高其导电性,用于铁路系统引电弓、第三轨等方面。     

炭/炭复合材料CVI致密化影响因素的研究

致密化工艺是C/C复合材料制备的关键,其直接决定材料的性能。重点综述了CVI工艺因素如滞留时间、气体分压、沉积温度和时间对致密化的影响,简要介绍了从传统CVI法发展起来的改进的CVI法、预制体结构对致密化的影响。对上述致密化影响因素进行评述的同时,提出了目前这种通过改善工艺参数来提高致密化效果的方法所存在的问题,指出了未来应重点努力的方向。     

碳碳复合材料SiCCr-Al-Si复合涂层的抗氧化性能研究

随着技术的进步,复合材料成为目前新材料应用的一个重要领域,采用等离子喷涂法对SiC/Cr-Al-Si的抗氧化性能进行研究,结果发现涂刷法制备所得的SiC/Cr-Al-Si复合涂层C/C复合材料试样抗氧化性能较不带涂层和带SiC涂层的C/C复合材料试样有了很大的提高,性能得到了很大改善,且涂层间结合较好,没有开裂现象,涂层在一定时间内能对基体起到较好的保护作用,表现为试样在氧化前12h一直为增重状态。     

纳米改性碳／碳复合材料的热-氧化性能研究

本研究的目的是开发一种在中等温度范围(371～649℃)内,抗氧化性能得到增强的碳/碳(C/C)复合材料。通过在C/C复合材料(CCC)固化前引入纳米相,通过阻止复合材料氧化过程,以维持并提高材料的机械强度。三种树脂系统:Lonza公司的低、中性粘度氰酸酯(CE),型号为PT-15和PT-30,以及Hitco 公司的酚醛,型号围为134A;同时利用三种类型的纳米颗粒:化学改性蒙脱石(MMT)有机金属粘土、多面体低聚氧化硅(POSS),纳米碳纤维得到CCC。利用广角X射线衍射装置(WAXD)和透射电子显微镜(TEM) 来确定分散度。对碳化及致密化分别制备了具有六种不同纳米结构体系的CCC,对这六种材料及一种基本 Hitco CC139分别在371℃和649℃的氮气中进行了24h的热老化处理。然后将这些材料置于加热的空气中达8h,用来模拟热-氧化的情形。最后测定了这些C/C纳米复合材料的力学性能如:抗拉强度和模量、泊松比和层间剪切强度等,并与基本的CCC做了比较。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

炭/炭复合刹车材料的防氧化技术研究进展

从炭／炭复合材料氧化特点、抗氧化要求出发，综述了基体改性技术和涂层技术，对炭／炭复合材料防氧化研究进展进行了详细的介绍，提出了对其高温抗氧化研究方向的一些观点。     

金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备工艺与研究进展

金属间化合物材料具有许多优良的性能,可以将金属间化合物与陶瓷材料相复合形成金属间化合物/陶瓷基复合材料.金属间化合物/陶瓷基复合材料是近年来发展起来的一种新型复合材料,制备的金属间化合物/陶瓷基复合材料具有很多优异的性能.本文主要介绍金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备工艺和力学性能以及研究进展,研究和开发的金属间化合物/陶瓷基复合材料主要包括Fe-Al金属间化合物/陶瓷复合材料,Ti-Al金属间化合物/陶瓷复合材料和Ni-Al金属间化合物/陶瓷复合材料.本文对金属间化合物/陶瓷基复合材料未来的发展趋势进行了分析和预测.     

无黏结剂碳/陶复合材料的抗氧化机理

无黏剂C/C复合材料同其他C/C复合材料一样存在抗氧化性能差这一致命的弱点 ,采用防氧化表面涂层不能很好地解决涂层与基体间热膨胀差异所带来的裂纹问题 .通过采用一定比例的生石油焦、B₄C和SiC混合磨粉后 ,加入短碳纤维 ,无需添加黏结剂模压成型 ,而后烧结制得结构密实均匀的碳 /陶复合材料 .在 900～1200℃温度范围内对其抗氧化性能进行测试 ,结果表明该材料具有良好的抗氧化性能。从热力学的角度对其抗氧化机理进行了探讨 .     

日本的炭／炭复合材料研究概述

介绍了C／C复合材料在日本的研究与应用状态,主要包括C／C复合材料的基本性能特征、制造方法、界面作用、性能与高温性能、抗氧化技术、在宇宙航天和工业方面的应用等。其中日本发明的C／C复合材料短周期致密的预成型纤维束（Preformedyams）方法值得关注。在应用方面,日本研制的密度高达1．95g／cm3的Ф1100mm3D—C／C喉衬、HOPE号航天飞机端头帽、炭纤维复合材料推力室、及新一代航空飞行器涡轮冲压发动机内部结构部件等,都代表了日本在C／C复合材料方面的先进水平。     

碳／碳复合材料的性能和应用进展

碳／碳（c／c）复合材料是以碳为基体、碳纤维增强的复合材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和线胀系数小等一系列优异性能,既可作为结构材料承栽负荷,又可作为功能材料发挥作用。同时,碳／碳（c／c）复合材料是一种能在超高温条件下工作的高温结构材料,所以在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文综述了碳／碳（c／c）复合材料的力学、热学、化学性能及其在各领域的应用进展。     

碳化锆陶瓷有机前驱体的热解过程

合成了碳化锆陶瓷有机前驱体,研究了其在热解过程中化学成分和物相组成变化,探讨了从有机高分子向无机陶瓷转化的机理,对碳热还原反应进行了热力学分析。结果表明,前驱体在600℃以下完成了有机结构的断裂、裂解碎片的重排与挥发,600℃以上裂解产物不再具备有机特征;随热解温度升高,无定型碳和单斜相ZrO2逐渐生成,大于1200℃时可检测到立方相ZrC,1400℃时单斜相ZrO2基本消失;1500℃时完成碳热还原反应,在远低于热力学反应温度的条件下生成了高度结晶的纳米尺寸的立方相碳化锆陶瓷。     

炭/炭复合材料在半导体制造行业的应用

综述了传统炭/炭复合材料和膨胀石墨基低密度炭/炭复合材料在半导体制造业直拉(CZ)法单晶硅炉中的应用。指出了在CZ单晶炉内炭/炭复合材料比石墨材料热场零部件的优势所在,并认为随着硅单晶直径的增大,炭/炭复合材料取代石墨材料将成为硅晶体生长炉热场系统的首选材料。     

氧化物纤维/氧化物陶瓷基复合材料研究概述

氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料可以在高温氧化环境下长时间工作，是最有发展潜力的高温结构陶瓷材料之一。决定氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料性能最主要的2个因素是氧化物纤维的性能和界面材料的组成与结构。笔者介绍了氧化物纤维和界面材料的发展，以及界面材料涂覆方法，并探讨了氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料的发展趋势。     

Oxidation protective SiC-Si coating for carbon/carbon composites by gaseous silicon infiltration and pack cementation: A comparative investigation

To reduce the influence of coating preparation on the mechanical properties of carbon/carbon composites and further improve the antioxidant properties of the coating, a SiC-Si coating was fabricated on carbon/carbon composites by gaseous silicon infiltration (GSI-SiC-Si). For comparison, a SiC-Si coating was also prepared by pack cementation (PC-SiC-Si). A comparative investigation showed the GSI-SiC-Si coating possesses relative lower roughness, better mechanical and anti-oxidation properties. The GSI-SiC-Si coating samples maintained 87.8 % flexural strength of bare C/C composites, while the C/C substrate was severely siliconized in PC-SiC-Si coating samples. The GSI-SiC-Si coating samples could undergo 30 thermal cycles between 1773 K and room temperature and effectively protect C/C composites from oxidation at 1773 K for more than 500 h without weight loss.     

Oxidation behavior of C/SiC-SiBCN composites at high temperature

In order to improve the anti-oxidation performance of C/SiC composites at high temperature, C/SiC composites should be modified by self-healing components. SiBCN ceramic is an ideal self-healing component because of excellent oxidation resistance and thermal stability. C/SiC composites were modified by PDC SiBCN ceramic (C/SiC-SiBCN) by using CVI combined with polymer infiltration and on-line pyrolysis (PI-OP). The oxidation behaviors of C/SiC composites fabricated by CVI method and C/SiC-SiBCN composites fabricated by CVI + PI-OP method and CVI + PIP method at different temperatures in air were compared. The results showed that the strength retention ratios of the composites fabricated by the three methods decreased with the increase of temperature. Compared with the samples fabricated by the other two methods, the weight loss of the samples fabricated by CVI + PI-OP method was greater, but the strength retention ratio was higher.