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。     

热处理温度对炭／炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度的最终热处理后的微观结构、石墨化度和抗弯强度进行了对比研究．研究结果表明：随着最终热处理温度的升高，在偏振光下，易石墨化的热解炭光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距逐渐缩小，石墨化度有较大幅度的提高；同时，由于基体炭与炭纤堆的热膨胀系数存在差别，随着热处理温度的升高，基体与增强纤维的的结合强度降低，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低，但材料的应变性增强，材料的断裂形式由脆断转为假塑性断裂.     

沥青基C／C复合材料的致密规律

对采用液相浸渍－碳化工艺、在不同碳化压力条件下（0．1MPa、40MPa、80MPa和100MPa)制备的2D沥青基C／C复合材料的致密规律进行了研究,发现制件密度与浸渍－碳化工艺循环次数联系,并提出了复合材料密度变化规律的数学表达式,该表达式可以用来对复合材料制作的密度进行预测,并可为C／C复合材料制备试验方案的可行性分析与制订提供理论依据。     

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.     

粘结剂对C／C复合材料抗氧化涂层性能的影响

通过对几种粘结剂对飞机刹车副用C／C复合材料抗氧化涂层的抗氧化性能的影响规律及其作用机理的研究,发现不同的粘结剂对涂层最终抗氧化性能有很大的影响,其中以硅溶胶及磷酸盐为粘结剂的涂层具有良好的抗氧化性能,二者各自在一定深度范围内有最佳的抗氧化效果。在900℃,4h静态氧化试验时最佳抗氧化效果是以硅熔胶作为粘结剂的试样,样品失重率不超过1％（质量分数）;而在700℃,4h时以磷酸盐为粘结剂的试样,其静态氧 重率不超过0．37％（质量分数）;在保涂层保持完整,表明涂层具有较好的抗热震性能。     

C／C复合材料的浸涂抗氧化性能

采用不同浸渍工艺浸涂C／C复合材料，研究了不同浸渍剂渍后试样的抗氧化效果，以及常压浸渍和抽真空－加压浸渍对C／C复合材料抗氧化性能的影响，研究结果表明，材料浸渍磷酸盐后其抗氧化性能可得到明显改善，用磷酸盐加压浸渍是提高C／C复合材料抗氧化性能的一种有效途径；常压浸渍处理时，在所使用的3种浸渍溶液（A溶液、Z溶液、M溶液）中，经Z溶液处理的试样其抗氧化性最好，浸渍了A溶液，Z溶液的试样的氧化失重曲线，其最佳抽真空－加压浸渍压力分别为0．8，1．2MPa.     

C／C复合材料开孔孔隙度和比表面积对其氧化性能的影响

选用光学显微结构为光滑层沉积热解炭、试样的石墨化度近似相等（约为37%）的A，B，C，D，E5个不同开孔孔隙度和比表面积的C/C复合材料试样（孔隙度和比表面积分别为PA=14.03%,SA=1.463m^2/g；PB=18.01%,SR=2.701m^2/g,PC=24.65%,SC=3.594m^2/g,PD=12.07%,SD=6.527m^2/g,pe=15.79%,se=6.722m^2/g)在氧气流中进行变温氧化实验，具有不同比表面积和孔隙度的试样F，G，H，（PF=15.66%,SF=6.026m^2/g,PC=18.32%,SC=3.573m^2/g，PH=12.16%,SH=2.262m^2/g）在氧气流中进行等温氧化实验；具有不同比表面积和相同孔隙度的试样I，J（P1=13.61%,S1=0.8535m^2/g，P1=13.60%，S1=0.4293m^2/g）在马弗炉中进行静态空气氧化实验，结果表明：试样的比表面积控制了氧化进度，而与材料孔隙度无直接关系；氧化优先发生在纤维/基体和基体/基体界面，随后沿着界面间裂纹进行。     

碳钢蒸汽管道石墨化的密度法诊断

采用密度法，对３个火电厂的主蒸汽管道石墨化程度不同的部位进行了密度测试，试验结果发现，石墨化程度越严重，密度越小。试验得出了石墨化２级时，相对密度Δρ／ρ＇大于０．１％小于０．２％；３级时，Δρ／ρ＇大于０．２％小于０．３％，４级时，Δρ／ρ＇大于０．３％，在Δρ／ρ＇大于＞０．３％，必须换管。     

碳钢蒸汽管道石墨化的密度法诊断

采用密度法，对３个火电厂的主蒸汽管道石墨化程度不同的部位进行了密度测试，试验结果发现，石墨化程度越严重，密度越小．试验得出了石墨化２级时，相对密度△ρ／ρ＇大于０．１％小于０．２％；３级时，△ρ／ρ＇大于０．２％小于０．３％，４级时，△ρ／ρ＇大于０．３％，在△ρ／ρ＇大于＞０．３％时，必须换管．     

炭／炭复合材料的摩擦磨损性能

选取由CVD预增密至一定密度，再进行树脂浸渍／炭化补充增密至1.85g/cm^3的炭／炭复合材料作摩擦环试样。测试了该试样在一系列刹车速度时的摩擦磨损性能，并对其摩擦面及磨屑进行了SEM,观察对摩擦面进行显微喇曼光谱分析。研究结果表明：炭／炭复合材料的摩擦磨损性能随刹车速度的变化而发生显著变化，在10m/s时出现最高峰，在25m/s出现亚高峰；磨损量随刹车速度的增加而增加，而氧化磨损在刹车速度为25m/s时开始大量产生，在28m/s时达最大值，其摩擦表面形貌，结构及磨屑亦有较大差别。刹车速度从5m/s升至20m/s，摩擦面石墨化度降低，石墨结构向无定型碳结构转变，但在高速时石墨化度反而升高，无定型碳结构又向石墨结构转变。     

不同能载水平下C／C复合材料的摩擦特性

对具有粗糙层热解炭结构的针刺毡C／C复合材料在MM-l000型摩擦试验机上模拟某飞机正常着陆、超载着陆和中止起飞3种不同的能载水平进行摩擦磨损性能武验，并对磨损表面和磨后进行扫描电镜观察．结果表明：C／C复合材料在不同能载水平下均具有高速0．3l-0．32的摩擦因数，刹车力矩曲线均较平稳，磨损随能载水平的增加而增大；样件的磨损表面在正常着陆条件下形成较光滑、完整、连续的磨后层，随着能载水平的增加，形成粗糙的磨屑层，在极高的能载水平(中止起飞条件)下又形成光滑的磨后层；而样件的磨后尺寸随能载水平的增加而急剧减小．表明该C／C复合材料具有极好的摩擦制动性能，尤其是在大能载水平下，摩擦性能更加优良，适用作飞机刹车材料．     

铁对C／Cu复合材料界面特性影响的研究

利用电子显微及X射线衍射仪分析研究了C／Cu复合材料的界面特性及合金元素铁对C／Cu复合材料界面特性的影响，研究表明复合材料界面既无化学反应也无扩散发生，C／Cu界面是物理结合，试验表明，合金元素Fe与碳纤维发生化学反应，使C-Cu界面结合强度明显提高，因此使C／Cu复合材料的强度从592MPa提高到696MPa，横向剪切强度从64MPa提高到84MPa，化学结合型界面是提高复合材料强度的途径之一。     

XRD测定炭素材料的石墨化度

研究了用X射线衍射（XRD）测定炭素材料石墨化度的原理和方法,指出其本质是精确测定炭石墨六方晶格的C轴点阵常数值,为此,用高纯硅粉作内标以校准测量误差。为提高测量精度,选用高角度的C（004）－Si(311)衍射线对;当试样的石墨化度较低时,因C（004)衍射线强度太小,选用C（002）－Si(331)线对。将它们分别进行Kal,Ka2双线分离处理后,以Ka1峰的半高宽之中心点定峰位并据此计算石墨化度。实验结果表明：在碳／碳复合材料中,由于采用了多种原材料,经高温热处理后形成石墨化的程度不尽相同,即试样中含有不同石墨化度的组分,致使炭石墨的衍射线呈现明显的不对称性,此时必须进行多重峰分离处理,分离出的子峰通学无需再进行双线分离,即可直接用来计算各组分的石墨化度;由各子峰的积分强度可计算不同石墨化度组分的相对含量,以此进行权重计算所得的平均石墨化度更合理地反映了试样内部石墨化度的实际情况。     

XRD分峰拟合法测定炭材料的石墨化度和结晶度

以标准Si粉为内标相,采用内标法测定了5个石墨化炭材料的XRD图谱,用Profit软件对其进行分峰拟合,并计算出每个材料的石墨化度和结晶度指标。结果表明,两个指标联合使用对炭材料结构表征更为充分。用Profit软件拟合分峰之前预先剔除kα2,在拟合过程中,采用手动取切线扣除背底的方式是提高试验重现性的较好方法。     

石墨与硅之比对石墨铝硅复合材料综合性能的影响

研究了石墨与硅之比对石墨－铝硅复合材料综合性能的影响,解决了石墨颗粒直接加入铝硅熔体中的难点,并基本解决了石墨加入的均匀必一步研究表明：石墨与硅生成一定量的ＳｉＣ,对提高石墨０铝硅的高温抗拉强度十分有利;石墨与铝生成Ａｌ４Ｃ３有利地石墨在铝硅熔体中的均匀分布;生成Ａｌ４Ｃ３的量不宜过多,不能给石墨与硅生成碳化硅的比例带来和静态否则,会引起材料的性能下降     

炭／炭复合材料浸渍用沥青的性能分析

采用高温粘度计、核磁共振（^13C-NMR）、差热／热重（DTG／TG）、光学金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等观察检测手段,对炭／炭（C／C）复合材料浸渍用太钢沥青和武钢沥青的软化点、元素组成、族组成、炭组成、流变性、残炭率、炭化所形成焦炭的形貌及可石墨化性等进行了分析。结果表明：作为C／C复合材料浸渍法生产的原料,在相同处理条件下,太钢沥青的软化点、粘度、残炭率比武钢沥青的高,但其所形成焦炭的石墨化性能比武钢沥青的销差,结构更复杂。     

C/C复合材料的制备设备研究

针对聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化处理、预氧丝连续碳化、化学气相沉积、高温石墨化处理等工艺过程,研究了温度场、流场、副产物回收等C/C复合材料制备过程中的控制技术和设备.实践证明,设备在各工艺环节均发挥着重要作用.湖南顶立科技有限公司所生产的C/C复合材料制备设备具有优良的性能,生产出的C/C复合材料性能优异.     

孔隙率对碳／碳复合材料抗氧化性能与吸湿性能的影响

C／C复合材料的孔隙率和吸湿性对防氧化涂层的制备有着很重要的影响。本文研究了三种孔隙率不同的C／C复合材料的抗氧化性能以及在不同温度下氧化前后的室温吸湿性能的变化情况。结果表明,孔隙率越低、石墨化程度越高的材料,抗氧化性能越好。吸湿性能随着孔隙率的增加而增加,并在一定时间内达到饱和。氧化后吸湿性能增强,并随着氧化温度的升高,在某一温度出现峰值。     

用区熔法制备Cu/C复合材料

提出了一种制备颗粒改性铜基复合材料的新方法－区熔法,采用该成功地制取了石墨／铜基复合材料,通过金相、扫描电镜分析和物理性能测试等手段对区熔法制成的复合材料的组织、性能进行了研究。结果表明,在石墨平均粒度小于1μm时,并且在压制密度、加热和冷却速度合适的条件下,复合材料的组织均匀,致密性好,石墨在基体中弥散分布,材料的导电性明显提高,特别是电阻率较国内成分相同的市售商品牌号降低41％。