CLVD快速致密C/C复合材料的高温热物理性能

以聚丙烯腈预氧丝整体毡为增强体,采用快速液气相沉积联合沥青浸渍-炭化增密制备高速列车用C/C复合制动材料。研究了所制材料在30℃～800℃时的热扩散率、比热容、导热系数等热物理性能。研究发现:随温度升高,C/C复合材料平行于纤维叠层方向和垂直于纤维叠层方向的热扩散率均呈非线性降低,而比热容呈非线性增大。材料的导热性能表现出明显的各向异性,平行纤维叠层方向的导热系数先升后降,在200℃时出现极大值186.7W.m-.1K-1,是垂直于纤维方向导热系数的5.8倍。而垂直于纤维叠层方向的导热系数表现平稳。通过Wiedmann-Franz比值的分析,认为所制C/C复合材料在低温区以声子导热为主,高温区以电子导热为主。采用本制备工艺可获得导热性能优良的C/C复合材料。     

一维高导热C/C复合材料的制备研究

以三种沥青作为基体前驱体, 实验室自制的AR中间相沥青基纤维为增强体, 通过500℃热压成型, 随后经炭化和石墨化处理制备出一维炭/炭(C/C)复合材料。研究了前驱体沥青种类和热处理温度对复合材料导热性能的影响, 并采用扫描电子显微镜和偏光显微镜对其石墨化样品的形貌和微观结构进行表征。结果表明; C/C复合材料在沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率均随热处理温度的升高而逐渐增大; 由AR沥青作为基体前驱体所制备的C/C复合材料具有更加明显的沿纤维轴向取向的石墨层状结构以及最好的导热性能, 其3000℃石墨化样品沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率分别达到594.5 mm²/s和734.4 W/(m·K)。     

热处理温度对高导热3D C/C复合材料性能的影响

通过化学气相渗透和前驱体浸渍裂解复合工艺对三向碳纤维织物进行致密化,获得密度为1.95 g/cm3的高导热3D C/C复合材料.利用SEM,XRD,导热系数测试,线膨胀系数测试和三点弯曲实验,研究2350,2550,2850℃不同热处理温度对3D C/C复合材料微观形貌、结构、导热系数、线膨胀系数和弯曲性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,中间相沥青基碳纤维石墨片层结构更加明显,均匀包裹在碳纤维周围的热解碳片层排列的有序度提高,且片层之间排列更加致密;3D C/C复合材料的石墨化度和导热系数提高;在测试温度250～1400℃区间,线膨胀系数随着测试温度的升高略微增大,不同热处理温度后的3D C/C复合材料线膨胀系数均在-1×10-6～2×10-6℃-1,表现出良好的"零膨胀性".此外,当热处理温度升高,3D C/C复合材料的碳纤维与基体的结合减弱,导致材料的弯曲强度和弯曲模量降低,2850℃高温热处理后的材料弯曲断裂面出现大量长纤维拔出,总体来说,3种不同热处理温度后的断裂均表现出"假塑性"断裂特征.     

C/C复合材料板烧蚀中热传导的非线性分析

在高压高热流作用下, 高马赫数飞行器防热层常用耐高温的 C/C复合材料出现烧蚀现象。考虑到C/C复合材料的高温导热系数为温度的函数, 基于傅里叶传热定律和高温烧蚀机制, 利用FORTRAN语言编程计算分析了C/C复合材料板烧蚀中热传导特性。结果表明: 较低热流入射时, 物体表面温度变化速率与内部的不同; 随时间的推移, 受热表面的温度趋于一致, 而背面温度相差较大; 物体内部温度分布趋势大体相同。较高热流入射时, 表面出现烧蚀现象, 温度急速升高, 并维持在某一温度值保持动态平衡。      

不同C/C复合材料飞机刹车盘基本性能的对比分析

通过对比分析Dunlop、 B.F.Goodrich、Missier、Bendix和中南大学粉末冶金研究所制备的几种炭/炭复合材料的显微组织、石墨化度、导热系数、洛氏硬度、抗压、抗弯、层间剪切强度、摩擦磨损性能后,得出如下结论:C/C复合材料作为一种性能优良的制动材料,必须具有合理的炭纤维骨架结构,一定比例的粗糙层气相沉积炭结构,较高的石墨化度和垂直摩擦面方向上的导热系数;我国具有自己知识产权的C/C复合材料飞机刹车盘的研制工作已取得了较大的进展和突破,其各项性能指标与国外同类产品性能相当。     

固体火箭发动机喷管用C/C复合材料的研究进展

C/C复合材料已成为固体火箭发动机(SRM)最理想的喷管材料.综述了国内外SRM喷管用C/C复合材料的研究进展、应用状况以及烧蚀性能的研究状况,展望了今后C/C复合材料喷管的发展.     

国内外C/C复合材料疲劳性能的研究进展

主要介绍了近年来国内外C/C复合材料疲劳性能的研究进展,并根据疲劳载荷类型系统地总结了C/C复合材料疲劳性能的主要研究方法,归纳出C/C复合材料疲劳损伤的主要特点,即多种损伤形式、高的疲劳极限、剩余强度增加以及实验测试数据分散性大。在此基础上,提出了进一步研究C/C复合材料的疲劳性能值得关注的课题。     

碳/碳复合材料的新发展

介绍了国际上 C/ C复合材料发展的新动向。高导热 C/ C复合材料是一个研究热点 ,针刺 (穿刺 ) C/ C制品应用范围在扩大 ,快速低成本 C/ C制造技术在竞相发展。     

C/C复合材料烧蚀性能的研究进展

C/C复合材料是一种良好的抗烧蚀和耐高温热结构材料,广泛应用于航天航空等领域.综述了C/C复合材料烧蚀性能的测试方法、烧蚀机理、烧蚀模型以及抗烧蚀的研究状况.     

孔隙演化与C/C复合材料的疲劳行为

孔隙是C/C复合材料结构中重要的组成部分,它直接影响着材料的疲劳行为,因此,在研究C/C复合材料的疲劳行为时,考察基体以及界面中孔隙的变化具有重要的意义.综述了C/C复合材料原始孔隙结构的特点,分析了在疲劳加载过程中碳/碳复合材料孔隙结构的演化规律,强调了孔隙结构变化对碳/碳复合材料疲劳强化所作出的积极贡献,进而为其疲劳机理的研究提供依据.     

纳米碳管增强炭/炭复合材料的研究进展

纳米碳管(CNTs)具有独特的结构、优异的力学性能、热稳定性与传导性能,是炭/炭(C/C)复合材料理想的增强体.综述了纳米碳管增强炭/炭(CNTs/C/C)复合材料的制备方法,讨论了该复合材料的微观结构、摩擦学性能和传导性能,并展望了CNTs/C/C复合材料的潜在应用和发展趋势.     

掺杂改性C/C复合材料研究进展

陶瓷掺杂改性碳/碳(C/C)复合材料在保持C/C复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下,显著提高了C/C复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能,且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势,是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。综述了国内外在SiC陶瓷掺杂改性C/C复合材料,ZrC,ZrB2超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料以及TaC,HfC超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料等方面的最新研究进展和应用情况,并分析了陶瓷掺杂改性C/C复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。     

碳系分散体填充聚合物基PTC复合材料的研究进展

总结了碳系分散体(包括碳黑、石墨、碳纤维)作为导电填料填充聚合物形成聚合物基PTC复合材料的研究进展。对聚合物基体及碳系导电填料进行共混或接枝改性是当前主要的研究方向。认为在碳系／聚合物体系中加入合适的金属系导电填料可能会更有利于提高复合材料的PTC强度和稳定性。     

SiC-Si-ZrSiO_4 Multiphase Oxidation Protective Coating for Carbon/Carbon Composites

In order to improve the anti-oxidation property of carbon/carbon （C/C） composites, a novel SiC-Si-ZrSiO4 multiphase oxidation protective coating was produced on the surface of C/SiC coated carbon/carbon compo ites by a pack cementation technique. The phase composition and microstructure of the as-prepared coatings were characterized by XRD （X-ray diffraction）, SEM （scanning electron microscopy） and EDS （energy dispersive spectroscopy）. Oxidation behavior of the multiphase coated C/C composites was also investigated. It showed that the as-prepared coating characterized by excellent oxidation resistance and thermal shock re- sistance could effectively protect C/C composites from oxidation at 1773 K for 57 h in air and endure the thermal cycle between 1773 K and room temperature for 12 times, whereas the corresponding weight loss is only 1.47%. The excellent oxidation protective ability of the SiC-Si-ZrSiO4 coating could be attributed to the C/SiC gradient inner layer and the multiphase microstructure of the coating.     

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。     

Influence of Thermal Shock on the Mechanical Behavior of Si-SiC Coated Carbon/Carbon Composites

Si-SiC coating was prepared on the surface of carbon/carbon (C/C) composites by a two-step technique of pack cementation, and the influences of thermal shock between 1773 K and room temperature in air on the mechanical property and fracture behavior of the coated C/C were studied. The results show that, after thermal shock between 1773 K and room temperature for 5, 10 and 15 times, the flexural strength of coated composites increases by 4.29%, 15.00% and 24.20%, respectively. The toughness of the coated C/C enhances gradually during the thermal shock test. The improvement of the mechanical property after the thermal shock test is primarily caused by the weakening of the fiber-matrix interface and the reduction of residual thermal stresses by thermal shock.     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.     

炭/炭复合材料表面预炭层的制备及其性能研究

为在炭/炭复合材料表面制备C/SiC浓度梯度高温抗氧化涂层,预先用料浆涂刷-高温处理工艺在其表面制备了预炭层.借助XRD、Raman和SEM等测试手段对所制备预炭层的组织结构和微观形貌进行了表征,讨论了不同的原料配比和炭化温度对预炭层结构的影响,并对预炭层与基体的结合性能进行了测定.研究结果表明：制备的预炭层结构致密,与基体具有较好的结合性能,其结合强度可达10.95MPa.不同的原料配比和炭化温度影响了炭层序态结构的形成,最终形成了不同结构的预炭层.     

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层. 借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征, 采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律. 结果表明: 制备的多相涂层结构致密, 涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大, 断裂特征由假塑性向脆性转变. 涂层试样经1500℃至室温20次热震后, 涂层试样的弯曲强度降低, 塑性增强.