基体炭对反应熔渗法制备的C/C-SiC复合材料性能的影响

以炭纤维针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法、浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)法以及CVI与I/C相结合(CVI＆I/C)的方法制备C/C坯体,坯体中的基体炭分别为热解炭,树脂炭,热解炭和树脂炭共存体...     

纤维体积分数对炭/炭复合材料石墨化度的影响

以40％,30％及25％3种不同纤堆体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次CVI后得到C／C复合材料;采用X射线衍射与拉曼光谱微区分析测试了3个试样在沉积态与2200,2400℃热处理的宏观与微区石墨化度,并在偏光下观察了其微观结构,分析了不同纤维体积分数的CVIC／C复合材料石墨化度不同的原因。结果表明:CVI后的热解炭为典型光滑层结构,且随着纤维体积分数的增加C／C复合材料在不同热处理温度下的石墨化度增加;热处理温度越南,石墨化度越高;纤维与光滑层热解发界面及2种不同光滑层热解发界面均发生应力石墨化,导致纤维体积分数高的试样石墨化度高。     

新型浆料注射法制备C/C复合材料的显微组织及力学性能

采用浆料注射法将天然鳞片石墨粉添加到纤维预制体中,并结合化学气相渗透工艺(CVI)制备C/C复合材料。通过X射线无损检测、扫描电镜、偏光显微镜和材料力学性能测试,研究石墨浆料注射对C/C复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明:石墨浆料注射可将石墨引入到纤维预制体中,替代部分热解炭,并为热解炭提供新的形核位点和沉积表面,加速CVI致密化进程;且石墨的加入有利于粗糙层热解炭的形成,提高材料的可石墨化度。经80 h等温CVI制得密度为1.68 g/cm~3的C/C复合材料,抗弯强度为69.07 MPa,与传统等温CVI工艺相比,抗弯强度相近,平均增密速率提高近3倍;热解炭将纤维和石墨连成一个整体,材料表现出一定的假塑性断裂。     

整体毡纤维体积分数对CVD增密的影响

将3组不同纤维体积分数的整体毡采用等温CVD进行沉积热解炭增密,结合CVD沉积过程中整体毡内气体传质数学模型,研究了整体毡的纤维体积分数对CVD增密过程的影响,研究结果表明:纤维体积低的整体毡沉积时增重率高;纤维体积分数高的整体毡容易获得较高密度的C/C复合材料;纤维体积分数超过35％的整体毡经过300 h的化学气相沉积,坯体的体积密度能达到1.52 g/cm~3。     

准单向纤维排布环形炭/炭复合材料的组织与性能

以PAN基炭纤维无纬布为主体,与短切网胎纤维交互叠层制备准单向纤维排布环形炭预制体,然后采用等温化学气相渗透工艺,在丙烯与氮气分压比为1.2:1,系统压力为1.5 kPa的条件下进行增密,制备准单向纤维排布环形C/C复合材料,研究气相渗透温度对增密效率的影响,并对复合材料进行组织观察与导电导热性能测试。结果表明:在980℃温度下化学气相渗透效率最高,480 h后获得密度为1.84 g/cm~3、孔隙率为6.4%的准单向纤维排布C/C复合材料;准单向纤维排布环形C/C复合材料沿轴向方向具有高纤维取向,并且材料沿轴向具有较高的导电与导热性能,其电阻率为20.3μ?·m,热导率为72.8 W/(m·K)。热解炭组织为高织构粗糙层,热解炭生长良好,石墨化度为60.1%。     

航空刹车用C/C复合材料坯体结构研究

为了探索降低航空刹车用C/C复合材料成本、提高性能的有效方法,对国外炭/炭刹车材料的部分力学性能和热导率进行了测试,并利用金相显微镜对其坯体结构进行了观察分析,在此基础上,自制了一种针刺整体毡,进行CVD增密,并与炭布叠层坯体的结果对比.结果表明:国外航空刹车用C/C材料的层间剪切强度和垂直方向热导率比较高,坯体趋向于使用针刺毡;针刺整体毡由无纬布和网胎交替叠层,经针刺而成,这种结构具有孔隙分布均匀、气体扩散通造多、Z向纤维含量高的特点,为CVD增密创造了良好条件;自制针刺整体毡坯体经700h CVD增密,小样密度可达1.81g/cm~3,大样密度达1.75g/cm~3,且能继续增密,与炭布叠层坯体相比,采用针刺整体毡可显著缩短CVD周期.     

纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响

通过对不同纤维体积分数的炭/炭复合材料进行力学性能,导热、导电性能试验,分析了纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响.结果表明,初始坯体的纤维体积分数对炭/炭复合材料的力学性能影响较大;导热、导电性能则与材料内部结构有关而与纤维体积分数的关系不大.当预制坯体的纤维体积分数在25％～30％时,炭/炭复合材料的力学、导热、导电性能为最好.     

用不同工艺制备的C/C复合材料的力学行为

对CVI(化学气相渗透)、RI(树脂浸渍)和CVI+RI 3种不同工艺制备的C/C复合材料进行了弯曲、剪切实验。结果表明:CVI和CVI+RI增密试样的弯曲、剪切强度均高于RI增密试样;用CVI和用CVI+RI制备的试样,其断裂过程均为典型的假塑性行为,而RI试样为典型的脆断行为。断口SEM观察表明:用CVI制备的试样断口呈锯齿状,有大量纤维从基体炭中拔出;而RI增密试样的断口平缓、光滑,仅有少量纤维拔出;在不同阶段增密的热解炭之间也呈现出阶梯状断裂形貌,并存在大小不一的裂纹,这表明在材料的断裂过程中,先用CVI增密试样不仅因纤维与基体炭之间的弱界面结合可提高材料的强度,也能因不同阶段增密工艺中产生的热解炭之间的环性裂缝影响微裂纹的走向,从而改变材料的脆断特征。     

混合碳源对炭/炭复合材料密度及显微结构的影响

为了探明碳源组成对化学气相渗透(CVI)制备的炭/炭复合材料密度分布及结构的影响,本文分别以丙烯(C3H6)单一碳源、丙烯/乙炔(C3H6/C2H2)混合碳源为原料,N2为稀释气体,针刺整体炭毡为预制体,在自制CVI炉中980℃负压工艺条件下制备了炭/炭复合材料。分析了碳源组成对炭收率及所制备试样密度分布的影响,并采用偏光光学显微镜、拉曼光谱对其组织结构进行了表征。研究结果表明:相同条件下,C3H6/C2H2较C3H6的炭收率高,所制备的炭/炭复合材料内外密度梯度较小,热解炭定向度高。     

C/C-ZrC骨架压力浸渗Cu的微观结构与力学性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体,先采用CVI增密工艺制备密度1.10 g/cm3的C/C坯料,然后通过PIP法将ZrC陶瓷加入C/C制得密度1.50 g/cm3的C/C-ZrC骨架,最后对C/C-ZrC骨架压力浸渗Cu.结果表明:C/C-ZrC骨架的浸铜体积分数达24％,开孔浸铜率达74％,浸铜后的材料密度3.63 g/cm3,开孔率5.6％,获得良好的浸铜效果.浸入骨架的Cu填充到骨架中网胎层和纤维束间的孔隙里,与ZrC、炭一起构成骨架浸铜材料的基体.骨架中的炭纤维对基体增韧增强,使C/C-ZrC骨架浸铜后的材料抗弯强度达到302 MPa,抗压强度达到342 MPa.     

C/C复合材料在CD15W-40机油润滑状态下的摩擦性能

以炭纤维无维布与网胎叠层针刺而成的整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C复合材料,利用MM-1000型惯性试验台研究该材料在干态和CD 15W-40柴油机油润滑状态下的室温摩擦磨损性能,并采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜以及三维显微镜观察分析该材料的结构形貌、摩擦表面形貌和磨屑形貌.结果表明:C/C复合材料在干...     

热解炭结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以炭纤维整体毡为预制体,采用热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备了2种不同结构基体炭的C/C复合材料,即粗糙层结构材料与光滑层结构材料。研究了2种不同结构基体炭的C/C复合材料在沉积态和热处理态的显微结构、热物理性能及摩擦磨损性能。研究结果表明,在沉积态,2种结构材料都产生严重的氧化磨损,提高材料的石墨化度可显著降低材料的氧化磨损;不管是在沉积态还是在热处理态,RL结构材料的刹车性能曲线都明显优于SL结构材料的刹车性能曲线,这表明热解炭的微观结构不同是造成C/C复合材料摩擦性能差异的根本原因。     

Fiber-Matrix interactions in brittle matrix composites

Brittle matrix composites, including carbon-carbon (C-C) and ceramic matrix, offer a new dimension in the area of high-temperature structural materials. Fiber-matrix interactions determine the mechanism of the load transfer between the fiber and matrix and resulting mechanical properties. Composites studied in this work include a C-C composite densified with a chemical vapor infiltration (CVI) pyrolytic carbon, silicon carbide fiber-silicon carbide matrix composite, and carbon fiber-silicon carbide matrix composites densified by the CVI technique. The type of the interfacial carbon in C-C composites was found to control their mechanical properties. The presence of the compressive stress exerted by the matrix on the carbon fibers was attributed to an increase in flexural strength. The transverse matrix cracking in C/SiC composites was believed to cause a lowering in the flexural strength value. Brittle fracture behavior of SiC/SiC composites was correlated with the presence of an amorphous silica layer at the fiber-matrix interface. This invited paper is based on a presentation made in the symposium “Structure and Properties of Fine and Ultrafine Particles, Surfaces and Interfaces” presented as part of the 1989 Fall Meeting of TMS, October 1–5, 1989, in Indianapolis, IN, under the auspices of the Structures Committee of ASM/MSD.     

Infiltration of fiber preforms by an

Preforms of 20 vol pct SAFFIL alumina fibers are infiltrated with Al-4.4 wt pct Cu-0.3 wt pct Mg using a horizontal die casting machine. Fiber preform temperature is varied from 973 to 673 K. Solute distribution, fiber volume fraction, and matrix microstructure are characterized using optical metallography and electron microprobe analysis. Increases in fiber volume fraction are observed in the composites downstream of the infiltration path. We propose that these result from locking of the compressed fibers by solid metal present during infiltration. With this as- sumption, we find good agreement between theory presented in Parts I [1] and II [2] for solute concentration, fiber volume fraction distributions, as well as matrix microstructure and exper- iments. With an initial preform temperature of 673 K, freckles are found in the composite, which are interpreted to result from the combined effects of pressure and significant enrichment in solute at the infiltration front.     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其影响因素的研究进展

本文比较了C／C－SiC复合材料的三种主要制备方法，主要介绍了反应熔渗法制备工艺，以及液Si渗入C／C多孔体，液Si与固体C反应和C／C－SiC复合材料性能的主要影响因素，提出了尚待解决的关键问题。     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其影响因素的研究进展

比较了C/C-SiC复合材料的3种主要制备方法,介绍了反应熔渗法制备工艺,以及液Si渗入C/C多孔体、液Si与固体C反应和C/C-SiC复合材料性能的主要影响因素,提出了尚待解决的关键问题。     

X射线实时成像技术在炭纤维预制体及其复合材料中的应用

炭纤维预制体及其复合材料在制备和使用过程中可能产生不同程度的缺陷,对其进行无损检测非常重要。本工作采用X射线实时成像技术对炭纤维预制体及炭/炭复合材料进行无损检测。结果表明：X射线实时成像技术对炭纤维预制体中可能存在的缺陷和夹杂以及炭/炭复合材料的结构均匀性进行无损检测是有效的。炭纤维预制体中存在锥状断针和局部结构疏松缺陷,采用X射线实时成像技术分析得到的密度分布与取样实测的密度分布结果相吻合,这为炭/炭复合材料制备过程中的无损检测提供了快速、可靠手段。     

航空刹车用炭/炭复合材料沥青浸渍法增密研究

以CVD工艺预增密至一定密度的自制刹车用炭/炭(C/C)复合材料和国外C/C复合材料刹车片为研究对象,分别采用中温沥青及高温沥青为浸渍剂,对C/C刹车片进行浸清-炭化新工艺补充增密处理.结果表明:自制及国外C/C刹车片均具有较好的可浸渍性;可以采用沥青浸渍-炭化法高效增密;两种沥青相比,高温沥青残炭率更高,但也易产生难石墨化炭;针对整个沥青而言的宏观残炭率与只针对样品而言的实际残炭率的差距随着炭化压力提高而变小,因而,为了快速制取C/C复合材料刹车片,必须提高炭化压力;新工艺补充增密后C/C复合材料刹车片样品各项性能比增密前均有显著的提高.