碳/碳复合材料的疲劳行为研究

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.本文对近年来碳/碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述,总结出了疲劳行为特点.提出了"界面控制"疲劳机理分析模型,并用此模型合理解释了碳/碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的"疲劳强化"现象.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

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。     

碳／碳复合材料抗氧化行为的研究进展

综述了碳／碳复合材料抗氧化行为的研究现状，介绍了几种对碳／碳复合材料氧化机理的认识和建立的模型，并分析了温度，环境等影响氧化机制的因素，从基体改性和外部涂覆等角度总结了近年来抗氧化举措的研究结果，并展望了耐高温抗氧化涂层的研究方向。     

热解碳基碳/碳复合材料的内耗特征与机制

以高纯石墨为对照材料,初步研究了热解碳基碳/碳复合材料的内耗行为,并根据实验结果提出了碳/碳复合材料的内耗机制:热滞弹性机制与静滞后型内耗机制。纤维/基体的界面内耗效应对碳/碳复合材料的内耗特性影响很大,它的存在使碳/碳复合材料产生了一些较为反常的内耗现象。      

碳／碳复合摩阻材料中基体碳的碳化与浸渍

通过试验和理论探讨：对碳／碳复合摩阻材料中基体碳的碳化机理，浸渍过程及条件进行了研究，得出的结论为：（１）１０００℃的碳化温度是获得实质性碳的温度，在２２００℃时，本课题中的基体碳已基本转化为石墨结构，（２）软化点为７６℃的中温沥青加热温度在３００℃时已完全流变，其润湿我为零，这些结论对制作碳／碳复合摩阻材料的关键工艺及碳收率的改善有积极意义。     

碳／碳复合材料中的立方石墨初探

在研究碳／碳复合材料的晶体结构中发现了非六方石墨结构，通过对比Ｘ射线衍射的特征峰、衍射角、衍射强度及碳／碳复合材料的理论密度，初步证实了非六方石墨即为立方石墨，并说明了立方石墨的存在，可使碳／碳复合材料的石墨化程度提高，致密性增加。     

碳质中间相形成机理研究

碳质中间相是制备高性能炭材料制品的优质前驱体，其产品已在高性能复合材料、超高功率石墨电极和二次锂离子电池用负极材料等方面得到了成功应用。碳质中间相产品的结构复杂、形态各异，造成了生产这些产品涉及的原料和处理过程的多样化。为了分析和预测一定条件下获得的碳质中间相产品的性能，进而确定其具体的用途，需要弄清碳质中间相的形成机理。通过系统地探讨碳质中间相的形成过程，对以往文献中的解释给予了归纳和分析。分析认为传统解释中存在许多不合理的地方，不能对一些现象给予合理的解释；“微域构筑”理论在传统解释的基础上有了很大进步，但由于该理论中引入了实际上并不存在的片层微晶单元而使其存在缺陷；“颗粒基本单元构筑”理论摒弃了以上两种理论中的不合理成分，能够对碳质中间相的形成过程进行很好的解释。此外，对“颗粒基本单元构筑”理论的一些应用也进行了讨论。     

碳／碳复合摩阻材料中基体碳的微细组织与结构

通过ＳＥＭ和ＸＲＤ等手段，对研制的Ｃ／Ｃ复合摩阻材料在不同碳化阶段其基体碳的微细组织与结构的生成变化进行了研究，得出的结论为：①加压条件下碳化可以提高碳收率，并可获得有独特形状的碳粒子；②石墨结构在本条件下即ＨＴＴ＝１８００℃时即出现。这些结论对于碳／碳复合摩阻材料的微观探索是有意义的。     

碳羟基磷灰石的吸附性能研究

综述了目前关于碳羟基磷灰石(CHAP)吸附性能的研究,主要介绍了CHAP的类型、与羟基磷灰石(HAP)相比的结构变化和对吸附性能的影响、对重金属离子的吸附影响因素和不同碳含量对吸附性能的影响,最后探讨了CHAP的吸附机理.     

碳/碳复合材料高温抗氧化涂层研究进展

介绍了碳／碳复合材料抗氧化涂层的基本要求和近年来抗氧化涂层的研究进展，讨论了目前抗氧化涂层中存在的主要问题。对于碳／碳抗氧化涂层的研究方向，也作了简要的阐述。     

化学气相渗透工艺制备C/C研究进展

总结了制备C/C的各种化学气相渗透方法,指出了其优缺点.缩短致密化时间、协调气相反应和表面沉积反应之间的竞争是快速致密化方法要解决的首要问题.介绍了热解炭的微观结构和石墨化度及其沉积机理的新发展.近期的研究集中在化学反应成分分析和数值模拟渗透过程上.展望了化学气相渗透研究的方向,探求热解炭沉积机理的必要性并指出了快速致密化方法是实现低成本、高效率制备高性能C/C的必由之路.     

C/C复合材料的非晶SiO_2涂层制备及其生物活性

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,N_2为载气,在C/C复合材料表面通过低压化学气相沉积(LPCVD)得到非晶SiO_2涂层。研究了沉积温度对涂层成分、涂层形貌和沉积速率的影响。通过XRD、XPS、FTIR、SEM和EDS等测试手段,对涂层的成分、微观形貌以及模拟体液浸泡后材料的生物活性进行了表征和分析。实验结果表明:涂层的主要物相为非晶SiO_2;模拟体液浸泡至35天,样品表面生成类骨羟基磷灰石,与未涂层的C/C复合材料相比,表明非晶SiO_2涂层具有良好的生物活性。随着沉积温度的增加,沉积速率增大,涂层包覆更加完整;SiO_2颗粒由不规则形状转变为规则的球形,最后转变成多边形。     

钴合金表面多层碳薄膜的制备及其性能研究

为了改善人工关节的生物摩擦学性能,采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Co-Cr-Mo合金基体表面制备了多层C/C膜。采用拉曼光谱对薄膜的结构进行了表征;利用原子力显微镜观察了多层C/C膜的表面形貌;采用CSEM纳米硬度计测试了多层膜的纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上考察了多层膜的生物摩擦学性能。结果表明:多层C/C膜为典型的类金刚石结构,其表面光滑致密,硬度高达52 GPa,它与SiC球在磷酸盐缓冲溶液中的稳定摩擦系数仅为0.012,明显提高了人工关节用材料钴合金的生物摩擦学性能。     

快速致密C/C复合材料中的热解碳形貌与沉积机理

采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对煤油、汽油、柴油和环已烷四种液烃前驱体的热解碳分析表明：热解碳的石墨化能力依次为煤油＞柴油＞汽油＞环已烷热解碳。热解碳的沉积按“成核－增长”机理有序进行,碳纤维、碳黑粒子都是有效籽核而促成碳的沉积。     

工艺因素对C/C复合材料ICVI致密化的影响

以2D针刺碳毡为预制体、丙烯为前驱气体、氮气为稀释气体,在常压条件下研究了沉积温度、滞留时间和丙烯分压等工艺因素对致密化速度的影响。结果表明,三个工艺参数协同作用,对致密化具有相似的影响：参数取值较高时初期致密化速度也较快,结果导致预制体表层气孔的过早填充,不利于进一步的沉积,反之,则致密化速度较慢,但有利于预制体内部的沉积。     

C/C复合材料表面水热电泳沉积SiCn/SiC复合抗氧化涂层研究

采用水热电泳沉积法在SiC-C/C复合材料表面制备纳米碳化硅（SiC_n）涂层. 采用XRD和SEM对涂层的晶相组成、表面和断面的微观结构进行了表征. 主要研究了水热沉积温度对涂层的结构及高温抗氧化性能的影响, 并分析了涂层试样在1600℃的高温氧化气氛下失效行为. 结果表明：纳米碳化硅涂层主要由β-SiC组成. 涂层的致密程度和厚度随着水热沉积温度的升高而提高. 随着水热温度的提高, 涂层试样的抗氧化性能也有明显的提高. 在120℃水热沉积温度下制备的涂层试样可在空气气氛1500℃下有效保护C/C复合材料202h,而氧化失重仅为2.16×10^-3g/cm². 在1600℃下氧化64h后失重为3.7×10^-3g/cm². 其高温失效是由于长时间的氧化挥发后表面SiO2膜不能完全封填表面缺陷, 内涂层中产生了贯穿性的孔隙所致.     

调制比对C/C多层膜结构及性能的影响

考察了C(硬)/C(软)调制比对多层膜结构和性能的影响。采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术制备了C/C多层膜,通过Raman光谱对多层膜的结构进行了表征;用硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试了多层膜的硬度及摩擦学性能。结果表明:所制备的多层膜呈现类金刚石结构并具有良好的耐磨性,其摩擦系数均小于0.15;随多层膜中软膜比例的增大,薄膜中sp2簇的数量逐渐增多,薄膜显维硬度呈现下降趋势,多层膜的耐磨性能下降。     

旋转CVI制备C/SiC复合材料

旋转 ＣＶＩ是在 ＣＶＩ原理基础上发展的一种制备 Ｃ／ＳｉＣ复合材料的新工艺,通过石墨衬底的旋转,使预制体的制备与基体的沉积同步进行,能有效消除一般ＣＶＩ工艺过程中存在的“瓶颈”效应．在自制的旋转 ＣＶＩ设备上实验,探索了旋转 ＣＶＩ工艺参数中 ＣＨ_３ＳｉＣｌ_３（ＭＴＳ）的流量与浓度、沉积温度和Ｃ布缠绕线速度对ＳｉＣ基体沉积速度,以及沉积温度对基体结构的影响．并在低压（５ｋＰａ）、高温 （１１００℃）、 ４００ ｍＬ·ｍｉｎ^－１ Ｈ_２、 ２００ ｍＬ·ｍｉｎ^－１Ａｒ、 ＭＴＳ４０℃与Ｃ布以１．１～３．５ｍｍ·ｍｉｎ^－１的线速度连续旋转的沉积条件下,实现了单丝纤维间微观孔隙、纤维束之间以及Ｃ布层间宏观孔隙的致密化同步完成．     

SiC/C薄膜的制备及其力学性能

以SiC 超细粉为原料、采用热等离子体物理气相沉积( TPPVD) 技术快速制备出了高质量SiC/ C 薄膜, 最大沉积速度达到225 nm/ s, 高于常规物理气相沉积( PVD) 和化学气相沉积(CVD) 法两个数量级。用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X 射线光电子谱对薄膜的形貌和微结构进行了观察和分析, 并用纳牛力学探针测定了薄膜的力学性能。研究结果表明, 向等离子体中导入CH₄, SiC/ C 薄膜沉积速度增大, 薄膜中C 含量增加, 薄膜断面呈现柱状结构。薄膜硬度和弹性模量随薄膜中C 含量增加而降低, 在接触深度为40 nm 时由纳牛力学探针测得沉积薄膜的最大硬度达到38 GPa。     

CLVD法制备2D C/C复合材料

化学液气相沉积法 ( CL VD)是快速低成本制备 C/C复合材料的一种新型工艺。通过叙述该工艺快速制备 C/C复合材料的根本原因 ,并以 1 .5mm/h的速度制备了炭布层叠 2 D C/C复合材料 ,同时对该材料进行了力学性能测试和金相分析。实验结果表明材料性能优越 ,说明该工艺是制备 C/C复合材料的理想工艺。采用 GC/MS质谱对煤油沉积回收物进行了成份分析 ,并对用 CL VD法制备 C/C复合材料的设备提出了一些改进建议。