基于液相热解沉积的C/C复合材料及其热物性研究

环己烷为前驱体,以体密度0.50g/cm~3左右的T700(12k)炭纤维针刺毡为预制体,在自主设计的专用设备中用化学液相热解沉积工艺再结合热等静压工艺制备出1.75 g/cm~3C/C复合材料。借助偏光显微镜、扫描电镜对C/C复合材料的微观结构进行了研究,用耐驰NETZSCH LFA 457 MicroFlash激光热导仪对C/C复合材料热物性进行了分析,结果表明,该液相热解沉积工艺制备的C/C复合材料炭相多为粗糙层结构,沉积炭呈环形紧密包覆在炭纤维周围,炭纤维力学性能得以充分发挥。热物理性能测试结果表明,该复合工艺制备的C/C复合材料导热性能良好,热力学性能呈明显各向异性,线膨胀系数小,体积稳定性好。     

变密度预制体C/C复合材料压缩性能的研究

采用平均密度不同的预制体制备变密度预制体C/C复合材料,并对应制备了常用的恒密度预制体C/C复合材料.研究了不同结构和不同平均密度的预制体对C/C复合材料压缩性能的影响.实验结果表明,变密度预制体C/C复合材料的压缩强度远远大于相同平均预制体密度的恒密度预制体C/C复合材料,并且随预制体平均密度的增大呈先增大后下降的趋势.由于预制体内部纤维含量的不同分布状态,变密度预制体C/C复合材料的压缩破坏同时呈现出压溃和剪切破坏模式.     

C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料力学性能和微观结构的影响

研究C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料密度、弯曲强度和微观结构的影响。实验通过化学气相渗透法(CVI)制备密度分别为1.2g/cm~3、1.4g/cm~3和1.6g/cm~3的低密度C/C多孔预制体,采用反应熔渗法(RMI)制备密度分别为2.21g/cm~3、2.18g/cm~3和1.82g/cm~3的C/C-SiC复合材料;将CVI制备的低密度C/C多孔预制体,采用RMI法在1500℃、1650℃和1800℃的反应温度下制备密度分别为1.79g/cm~3、2.18g/cm~3和2.41g/cm~3的C/C-SiC复合材料。结果表明:随着C/C预制体密度增加,C/C-SiC复合材料密度不断降低,弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在C/C预制体密度为1.4g/cm~3时,材料的性能达到最优状态,材料的密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa;随着RMI反应温度增加,C/C-SiC复合材料密度不断升高,材料弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在反应温度为1650℃时,材料性能达到最优状态,材料密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa。     

高温热处理对C/C多孔体显微结构的影响

以三维针刺碳毡作为预制体,先采用树脂单向加压浸渍结合热压固化制备了CFRP复合材料,然后通过树脂热解碳化制备出C/C多孔体。文章重点研究了高温热处理对C/C多孔体显微结构的影响。通过扫描电子显微镜观察了材料的显微结构,使用阿基米德方法测定材料的密度和气孔率,并利用压汞仪分析了材料的孔隙分布,利用X射线衍射分析碳基体的石墨化程度。结果显示,高温热处理后材料的密度降低,孔隙率增大;高温热处理没有改变材料中孔隙的类型,但使材料中三类孔隙尺寸均增大;经过高温热处理材料的石墨化度提高,部分块状碳基体转变为片层状石墨碳结构。     

C/C-SiC-HfC复合材料的微观结构及力学性能研究北大核心

采用炭纤维和陶瓷粉末混编技术将HfC粉引入到炭纤维预制体中,制备了含有HfC超高温陶瓷粉末的炭纤维预制体;随后采用化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了密度高达1.94 g/cm^(3)的C/C-SiC-HfC复合材料,分析了复合材料的微观结构及力学性能。结果表明,制备的复合材料主要由C、SiC及HfC等物相组成,复合材料的平均弯曲强度达到了78.3 MPa,平均压缩强度为127.9 MPa;断裂过程中,断口处出现明显的裂纹扩展、纤维拔出及脱粘现象,从而使得材料呈现出一定的假塑性断裂特征。     

C/C预制体孔隙率与气相硅浸渗制备C/SiC复合材料性能关系的模型研究

建立了C/C预制体孔隙率与C/SiC复合材料组成的关系模型,并通过表征不同孔隙率的C/C预制体气相硅浸渗制备的C/SiC复合材料的组成和力学性能对模型进行了验证。研究发现,实验结果与模型预测结果基本一致。随着C/C预制体孔隙率的增大,C/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的规律,力学性能也遵从同样的规律。XRD分析和相含量测试结果均表明复合材料的相含量与模型预测结果基本一致。实验结果与模型预测结果产生偏差的主要原因是裂解碳反应不完全。     

针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响

采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学（垂直方向导热系数）、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m＆#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38％,32.2％,32.8％,38.9％,21％,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响.     

化学气相沉积致密针刺C/C复合材料的结构及力学性能研究

以T300炭纤维无纬布、网胎为原材料,层叠针刺成型炭纤维预制体,并采用化学气相沉积工艺对预制体进行致密,制成密度为1.55 g/cm3的针刺C/C复合材料。对针刺C/C复合材料的微观结构进行了观察分析,并对材料力学性能进行了测试。结果表明:化学气相沉积致密的针刺C/C复合材料呈现出以层间大量垂直纤维束为节点的类钉板状网状结构,这种特殊结构使材料层间结合更好,材料整个结构更加紧密;针刺C/C复合材料内部纤维被沉积形成的热解炭所包裹,热解炭的织构类型为光滑层(SL)和粗糙层(RL)并存;针刺C/C复合材料的各项力学性能均达到了较高水平,并且高温力学性能比常温力学性能有了很大幅度的提高。     

C/C复合材料预制体结构对摩擦性能的影响

采用整体毡预制体、针刺网胎/无纬布叠层预制体和穿刺预制体,通过化学气相沉积法(CVD)结合液相浸渍法(PIP)制备了C/C复合材料,利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损实验机测试了三种不同预制体C/C复合材料的摩擦性能,采用扫描电子显微镜分别观察了三种C/C复合材料的表面形貌,研究发现预制体结构中纤维排布方式及含量影响C/C复合材料的摩擦系数。相同转速下C/C复合材料的摩擦系数随压力的升高而增大;压力相同的条件下C/C复合材料的摩擦系数随着转速提高而增大;高压高转速下针刺网胎/无纬布制备的C/C复合材料摩擦系数较稳定,整体毡制备的摩擦系数虽小但随转速变化波动较大,穿刺预制体制备的摩擦系数大且波动大,说明穿刺这种增强单元相对较粗大的预制体不适合制备摩擦密封领域的精细结构复合材料。     

C/C刹车盘制备工艺的研究

选择整体针刺毡为预制体，致密化工艺采用气相沉积(CVD)，以天然气和丙烷的混合气体为原料，制备C／C刹车盘。其热解炭以粗糙体为主，摩擦曲线平稳，没有湿态衰减，沉积时间短。     

先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料研究

以多孔C/C复合材料为预制型,聚碳硅烷(PCS)为先驱体,制备了C/C-SiC复合材料。研究了浸渍液浓度和不同C/C复合材料预制体密度等级对C/C-SiC复合材料的密度和力学性能的影响。结果表明:当浸渍液浓度为50%时,复合材料的密度均达到最佳值;不同的预制体密度对制得的复合材料性能有很大的影响,其中初始密度为1.2g/cm3试样制得的复合材料性能达到最优,其密度达到1.786g/cm3,弯曲强度达204.1MPa,剪切强度为16.1MPa,断裂韧性为6.83MPa·m1/2。     

ECVI工艺制备C／C复合材料热物理性能

采用电热法定向渗积(ECVI)以针刺毡为预制体制备炭/炭(C/C)复合材料,讨论了材料的导热机理,以及沉积工艺对C/C复合材料热导率的影响.研究表明:ECVI工艺样品的比热容比等温CVI工艺的稍大,ECVI工艺制备样品的热导率无论在纤维铺层方向还是在垂直方向上,都高于等温CVI工艺的.     

热解炭结构对C/C复合材料热物理性能影响

炭布叠层为预制体，采用等温CVI工艺制备出炭/炭（C/C）复合材料。通过调节丙烯与氢气的比例得到热解炭结构分别为粗糙层（RL），光滑层（SL），各向同性（ISO）的三种C/C复合材料，研究了热解炭组织结构对C/C复合材料热导率的影响，讨论了C/C复合材料的导热机理。结果表明：RL织构C/C复合材料的热导率无论是在平行方向还是在垂直方向上都明显高于SL和ISO织构C/C复合材料，在两个方向上，RL织构C/C复合材料的最大热导率比SL织构C/C复合材料分别大41.0%和31.7%，是ISO织构C/C复合材料的2倍多，且3种C/C复合材料的热导率随温度的升高呈现不同的变化趋势。     

软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料弯曲行为

以z向穿插炭棒、x-y向铺层纤维束法编织的软硬混编4D炭纤维预制体为增强体,采用沥青液相浸渍/炭化法制备了4D-C/C复合材料,研究了材料z向(炭棒方向)高温弯曲行为及损伤机理。结果表明:在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,4D-C/C复合材料z向弯曲强度呈现先增加后减小的趋势,在室温~1 800℃时弯曲强度呈现增加的趋势,1 800℃后随着温度升高弯曲强度开始逐渐降低,但当温度达到2 100℃时其弯曲强度仍比室温下稍高。在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C复合材料z向弯曲断裂应变一直呈增加的趋势,而弯曲弹性模量总体呈减小的趋势。室温下4D-C/C应力-应变曲线几乎为线性关系,高温下4D-C/C复合材料z向弯曲破坏更加趋向于非线性的破坏模式。损伤表征结果表明,随着温度的升高,材料破坏时的最大损伤逐渐增加。     

2D-C/C-SiC复合材料强粒子冲蚀下的失效分析

本文采用化学气相渗透(CVI)工艺制备了2D针刺预制体增强的C/C-SiC复合材料,并对材料密度、力学性能以及强粒子冲蚀下的烧蚀机理和破坏机制进行了分析。结果表明,C/C-SiC复合材料在强粒子冲蚀下的破坏机制主要为机械冲蚀和颗粒侵蚀,其次是冲蚀过程中伴随的少量氧化。材料内层间孔、束间孔以及针刺孔的存在加剧了C/C-SiC复合材料破坏。研究发现,通过改变预制体结构来实现材料力学性能的均衡,并提高材料密度以减少材料的孔隙率将成为该使用环境下的材料设计原则     

碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术的现状与发展

简单概述了Ti(C,N)的结构、性质、应用及其制备方法,并从热力学和动力学方面对碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术进行了论述,分析了其制备过程中的工艺因素(如C/Ti摩尔比,原料种类及粒度大小,原料混合方式,气体流速,燃烧温度,添加剂等)的影响,同时还对碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术的发展方向进行了展望。     

针刺炭纤维预制体的发展与应用

对比了国内外针刺炭纤维预制体的发展与应用.法国Sneema公司采用针刺技术成型的预制体有Novoltex和Naxeco两种,应用于火箭发动机延伸锥、喉衬等.国产薄壁针刺C/C复合材料性能与法国针刺扩张段材料性能相当.国产针刺预制体有整体毡和炭布/网胎针刺预制体,炭布/网胎叠层针刺预制体由于x-y向引入了连续纤维,制品整体性能较好.针刺技术是炭纤维预制体的自动化成型技术,拓宽了C/C复合材料应用领域.     

C／SiC复合材料热性能及抗氧化性能的研究

本文研究了聚碳硅烷化学转化法制备C/SiC复合材料过程中碳纤维(CF)、碳化硅(SiC)基体的热物理性能对C/SiC复合材料性能的影响,并提出了一种可以提高复合材料抗氧化能力的简单有效的方法。     

SiC改性C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

采用超声波震荡法将SiC微粉添加到二维针刺碳毡预制体中,利用热梯度化学气相浸渗工艺沉积热解碳制备了SiC改性碳纤维增强碳基(carbon fiber reinforced catbon,C/C)复合材料.借助x射线衍射与扫描电子显微镜检测和观察材料的微观结构,利用氧-乙炔烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能.结果表明:SiC微...     

RMI法制备C/C-SiC炭陶复合材料的热学性能研究

以针刺网胎无纬布为预制体,采用压力浸渍树脂/炭化工艺结合反应熔体浸渗法(RMI)快速制备C/C-SiC炭陶复合材料。研究了炭陶复合材料在室温~800℃时的热扩散系数、比热容和导热系数等热学性能参数和在室温~1 000℃时的热膨胀系数。结果表明:x-y向(平面方向)和z向(厚度方向)的比热容和热膨胀系数呈非线性增大,而热扩散系数和导热系数则呈非线性降低;x-y向的热扩散系数及导热系数明显大于z向,表明炭陶材料呈各向异性;1 000℃时x-y向平均热膨胀系数为1.506×10~(-6)/℃,低于z向的平均热膨胀系数(3.666×10~(-6)/℃)。