Mesophase formation of coal-tar pitches used for impregnant of C/C composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ (Ｃ/Ｃｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ)ａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎａｅｒｏｓｐａｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｕ ｎｉｑｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ .Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ,ｂｅｓｉｄｅｓｂｅｉｎｇｕｓｅｄａｓａｉｒｃｒａｆｔｂｒａｋｅｓ ,ｔｈｅｙａｒｅａｌｓｏｕｓｅｄａｓｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｍａｔｅ ｒｉａｌ,ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒ…     

BaTiO3改性对碳/碳复合材料力学性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维无纬布和短切网胎纤维交互叠层针刺,在预制体制备过程中掺杂0%、5%、15%、25%和35%五种不同质量分数的BaTiO₃,制备得到纵向纤维排布环形碳纤维预制体,通过化学气相沉积(CVD)和液相浸渍相结合的方法,制备得到BaTiO₃改性碳/碳复合材料。对该复合材料进行垂直和平行两个方向的力学性能测试,并且观察断口处的组织结构及其形貌特征。结果表明,引入纳米BaTiO₃后,加快了热解碳形核与生长的过程,改变了热解碳的组织结构,由单一的光滑层组织结构转变为光滑层和粗糙层两种组织结构。随着BaTiO₃含量的增加,复合材料的垂直压缩强度先基本不变后逐渐增大,平行压缩强度先增大后减小。复合材料的垂直压缩断裂方式均为脆性断裂,平行压缩断裂方式也均为脆性断裂同时呈现层间断裂的特征。     

炭纤维针刺整体毡/热解炭复合材料导热系数与石墨化度之间的关系

采用脉冲激光闪光法测量热扩散率，XRD测量石墨化度。研究了PAN基炭纤维针刺整体毡增强光滑层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系，建立了二者之间的定量数学模型。运用声子导热机制对导热变化机理进行了分析。随着石墨化度的升高，石墨微晶尺寸增大、结构渐趋完整，复合材料在平行于层面方向的室温导热系数逐渐升高，导热系数λ与石墨化度g之间关系符合公式：λ=0.64 4.93exp(g/21.94)。     

热处理温度对PAN基炭纤维结构的影响

利用SEM观察了3种PAN基炭纤维（TX－63、T300、T700）热处理前和经不同温度热处理后的表面形貌，并测试了其石墨化度、Lc和d002值，以研究热处理温度对炭纤维表面和内部微观结构的影响。结果表明：TX－3、T300炭纤维表面本身有不规则沟槽、凸起和缺陷等，T700炭纤维表面比较圆滑，随着热处理温度升高，PAN基炭纤维的表面形貌发生明显的变化，尤其是2700℃处理后炭纤维表面的褶皱相对较浅而小；石墨化度与Lc随热处理温度升高而增大，d002值则呈减小趋势，说明热处理温度对炭纤维的表面和内部结构有显著影响。     

石墨化度对炭／炭复合材料力学性能的影响

通过三点弯曲试验,并借助SEM断口形貌分析,研究了石墨化度对炭／炭复合材料抗弯强度的影响,对其断裂机制进行了探讨。试验所用材料的基体为沥青浸渍炭＋少量CVD炭,增强体炭纤维由乱短纤维和成束长纤维织成的炭布构成,长纤维沿X－Y平面分层铺开,长纤维层之间是随机分布的乱短纤维层。研究结果表明：当石墨化度不同时,复合材料的断裂机制不同;在所研究的石墨化度范围28.4%-77.3%内,随着石墨化度的提高,材料的抗弯强度呈现加速下降的趋势;当石墨化度为77.3%时,材料的抗弯强度仅为石墨化度为28．4％时的60％。在石墨化度较低（如27．4％和56．8％）时,材料中的长纤维呈现以拔出机制为主,裂纹沿长纤维束层与乱短纤维层之间的界面传播;在石墨化度较高（如70．6％和77．3％）时,材料中的长纤维被横向切断,裂纹切过长纤维向前传播。这对炭／炭复合材料的研究、开发具有指导意义。     

炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响3个方面,对炭/炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭/炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。     

压汞法分析C/C复合材料平板的孔隙结构

以PAN基炭纤维针刺整体毡为预制体, 经CVI增密获得了C/C复合材料平板, 采用压汞法分析了该材料的孔隙结构。结果表明, 随着CVI增密过程的进行, 材料的孔隙率和平均孔径下降, 但孔隙数量先上升后下降, 在密度为1.2 g/cm³时达到最高点; 孔隙的最可几孔径随密度升高而降低并向15 μm趋近; 大于60 μm的大孔体积分数随密度升高而下降, 小于1 μm的微孔体积分数上升; 比表面主要贡献来自孔径小于20 nm的微孔, 在密度为1.46 g/cm³时, 比表面最大。     

C／C复合材料石墨化度与导电性能的关系

研究了五种具有二维及准二维结构的炭/炭复合材料在不同石墨化度下各自的电阻率的变化,分析了引起这些变化的原因。结果表明,在所研究的石墨化度范围内,随着石墨化度的升高,材料的电阻率都呈下降的趋势,且电阻率ρ随石墨化度g的变化符合线性关系ρ=a     

工艺条件对C/C复合材料可石墨化性的影响

用炭毡作为纤维增强体，采用多元耦合物理场CVI工艺，在自行设计的CVI炉中增密C／C复合材料，对CVI沉积条件(温度、压力、气体流速、毡体密度、碳源)和石墨化热处理温度对C／C复合材料XRD结构参数(石墨化度g和石墨微晶尺寸Lc)的影响进行了研究。结果表明，采用本工艺制备C／C复合材料，经过工艺优化，材料经过2300℃、2h的石墨化处理，其石墨化度可达到77％以上；并且发现，较高的沉积温度、较低的压力、较大的气流速度、较大密度的毡体有利于C／C复合材料晶体有序度的提高；其次，采用石油液化气(LPG)作碳源时样品的晶体有序度比丙稀(GH6)作碳源时稍高；石墨化热处理可进一步提高材料的石墨化度，升高的幅度和组织结构密切相关，提高材料石墨化度的关键环节是CVI工艺条件。     

碳纤维增强铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能研究

采用无压熔渗工艺制备了碳纤维增强铜基自润滑复合材料。采用偏光显微镜和扫描电镜观察了材料的组织形貌,研究了热解碳含量对材料物理性能的影响,并探讨了往复运动模式下材料的摩擦磨损性能及磨损机制。研究结果表明:含钛锡青铜熔融合金液体可充分渗入碳纤维多孔预制体中,复合材料成分均匀;随热解碳体积含量增加,复合材料密度、硬度及摩擦系数减小,磨损率升高;材料表面摩擦膜的形成和脱落是造成复合材料磨损加剧的原因;碳纤维增强铜基自润滑复合材料在往复运动模式下的摩擦磨损机制主要为磨粒磨损并伴随氧化磨损。