针刺+缝合预制体C/C复合材料的制备及性能研究

以无纬布/碳纤维网胎为原料,采用针刺+接力缝合的工艺流程制备预制增强体,并经化学气相渗透(CVI)联合沥青浸渍/高压碳化(HPIC)方法得到新型厚壁C/C复合材料。对该材料进行了力学和热物理性能测试,并观测其微观断口形貌。结果表明:此预制体制备方法能够突破传统缝合材料在厚度方向上的尺寸限制,工艺过程简便,不易变形且利于致密。所得C/C材料厚度方向的纤维密度较高,具有优异的机械和良好的热物理性能,能够满足固体火箭发动机等极端环境下的应用需求。     

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.     

RTM成型针刺预制体增强糠酮树脂烧蚀复合材料性能研究

以炭布/炭网胎叠层针刺预制体为增强体,糠酮树脂为基体,采用RTM工艺制备出表面质量良好的复合材料,对复合材料的力学及烧蚀性能进行测试分析.结果表明,制备的复合材料具有良好的力学性能特别是层间剪切强度,高达66.3MPa;氧-乙炔线烧蚀率为0.0368mm/s,质量烧蚀率为0.0865g/s,烧蚀性能较好.     

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/C复合材料摩擦性能研究

对国产C/C复合刹车材料进行了低速度低能载条件下的地面惯性动力试验,结果表明,C/C复合刹车材料在较低能量条件下具有较高的摩擦系数,在摩擦速度-摩擦系数关系图上,最高摩擦系数出现在12 m/s的摩擦初速度前后,同时对摩擦面比压进行调整,发现在低速刹车时,随着比压增加,摩擦系数下降.     

中密度穿刺C/C复合材料室温压缩强度分布

本文根据C/C复合材料室温压缩强度实验数据,以二参数Weibull分布为假设分布模型,采用图解法进行参数估计,探讨该复合材料室温压缩强度分布规律,根据Kolmogorov分参数检验,对假设分布进行检验。结果表明,C/C复合材料室温压缩强度可以用二参数Weibull分布模型表征,求解的二参数Weibull分布能很好地预测该材料的室温压缩强度。     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。     

密度对与40Cr镀Cr钢配副的C/C复合材料滑动摩擦行为的影响

在M2000型摩擦机上,与表面Cr的40Cr钢配副,测试两种C/C复合材料不同密度试样的摩擦磨损性能。结果表明:随载荷增加,在两种材料中,低密度试样的摩擦系数较高且波动幅度大,1.8g/cm3以上试样的摩擦系数、波动幅度较低。其中A、B材料低密度试样摩擦系数波动幅度最大,分别可达0.02、0.038,而高密度试样的分别为0.012、0.012。随时间延长,A材料低密度试样摩擦系数升高,高密度试样的保持稳定;B材料低密度试样的变化不规律,高密度试样能基本保持稳定。SEM观察表明,随密度增加,材料B的磨损表面由粗糙、充满磨屑逐渐向较完整、致密的磨损表面转变。     

C/C多孔体的制备及其对C/C-SiC-Si复合材料的影响

C／C—SiC—Si材料是一种新型的复合材料。本文通过反应熔渗法将液态硅渗入C／C多孔体中得到致密的C／C—SiC—Si复合材料。重点研究了制备C／C多孔体的树脂浸渍裂解法，并测定了在不同浸渍次数下得到的不同的C／C多孔体的体积密度和气孔率，用扫描电镜观察了其形貌，讨论了不同的C／C多孔体对C／C—SiC—Si复合材料最终形貌的影响。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

Densification rate and mechanical properties of carbon/carbon composites with layer-designed preform

In this work, carbon fiber needle-punching preforms were designed into two structure according to the density change along the thickness direction. One structure is designed to two layers with low-density layer and high-density layer, and the other is to three layers with low-density exterior layer and high-density interior layer. Then the effect of the preform with different structure on the densification rate and compressive properties of C/C composites was investigated. The results show that both two designed preforms can effectively avoid surface blocking, and lead to the faster densification rate of C/C composites during the chemical vapor infiltration processes. These results are attributable to the change of pore size distribution and pyrocarbon thickness, which was caused by fiber architecture designs. Meanwhile, these structural changes can improve the compressive strength of C/C composites, especially for the three-layer preforms. When the density of preforms is 0.45?g/cm³, C/C composites with three-layer preform has the highest compressive strength. The damage of most C/C composites with two and three-layer preforms is caused by shear or delamination failure, while that of C/C composites with common preforms usually caused by matrix collapse. Cracks in C/C composites with two and three-layer preforms always happened on the low-density layer, and consequently ceased or changed propagation direction in the interface between two layers.     

Compressive experimental method and properties of C/C composites under ultra-high temperature environment

Carbon/Carbon (C/C) composites are expected to serve as structural materials over 2800 ℃. Experiments under ultra-high temperatures (UHT) are critical and demanding. In this paper, we established the UHT compressive experiment technique using simultaneous Joule heating and compressive loading fixtures. The specimen was designed and validated to achieve uniform temperature and strain at the gauge section. Compressive strengths and failure behaviors of three-directional (3D) needled, 3D woven, and four-directional (4D) woven C/C composites under UHT up to 3100 ℃ were investigated. The failure modes and mechanism of strength differences were illustrated through mesoscopic surface morphologies. Results showed that the dog-bone-shaped specimen avoided crushing at loading ends and exhibited failure at gauge sections. Temperatures with peak compressive strengths for 3D and 4D woven C/C composites were determined. Differences between the C/C composites were related to heat treatment temperatures. The sublimation phenomenon was observed for 4D woven C/C composites over 3000 ℃, degrading the compressive strengths by over 50%.     

高性能C/C复合材料制备工艺研究

对制备C/C复合材料的化学气相渗透工艺进行了系统的实验研究,着重分析了热解碳的沉积过程。研究表明,在化学气相渗透的初始阶段,热解碳主要在碳纤维表面沉积,并与碳纤维之间形成了界面结合;随后,热解碳的沉积继续填充碳纤维预制体内部的气孔。这一过程有助于缓解纤维与陶瓷基体之间的界面应力。研究表明,通过调节热解碳的沉积时间可以得到具有一定密度梯度的C/C复合材料。     

大型整体毡炭/炭复合材料的密度分布及影响

研究了采用化学气相沉积(CVD)和树脂浸溃／固化／碳化相结合的致密工艺制备的大型整体毡炭／炭复合材料的密度、开孔率及压缩强度的分布状况，分析了致密化工艺中存在的可能造成这种分布现象的因素并讨论了密度分布可能带来的影响。     

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。     

炭化温度对芳基乙炔聚合物基C/C复合材料性能的影响

研究了炭化温度对芳基乙炔聚合物基碳/碳复合材料性能的影响,结果表明:随炭化温度的升高,复合材料的热失重、线收缩、本体密度和孔隙率增加,而弯曲强度则下降;炭化温度低于600℃时,复合材料的体积密度和弯曲模量随炭化温度的升高而下降;在600～900℃炭化时,体积密度和弯曲模量随炭化温度的升高而升高.     

几种木塑复合材料的性能对比

研究了木粉及界面增容剂含量对木塑复合材料(WPC)力学性能的影响,分析了增容剂对WPC熔融性能的变化。使用木粉填充可提高不同树脂基WPC的模量,但却降低了HDPE基WPC的拉伸强度及HDPE基、PP基WPC的弯曲强度。