热压温度对纳米粘土增强炭/炭复合材料结构和性能的影响

采用热压与致密化工艺分别在1 000、1 100、1 200和1 300℃下制备出纳米粘土增强一维炭/炭复合材料(C/C)。利用XRD、激光拉曼光谱等研究纳米粘土的热转变规律,利用体密度、导热率、抗弯强度及模量等数据研究纳米粘土的热转变对C/C复合材料的影响。采用场发射扫描电镜分析试样微观形貌。结果表明,热压温度对纳米粘土增强C/C复合材料的结构和性能影响显著。1 200℃热压制备的C/C复合材料抗弯强度最大为230.1 MPa,模量最大为87.3 GPa。C/C复合材料中的纳米粘土1 200℃热压转变成莫来石、方石英、无序粘土、有序炭及无序炭。这些组分均匀分散在基体中,可改善基体炭结构以及基体炭和炭纤维的界面,提高复合材料的力学性能;1 300℃热压时纳米粘土中的Si O2与基体炭发生碳热还原反应,破坏了基体结构,导致材料的抗弯强度和模量降低,而反应产物Si C提高了材料的导热率。     

氧化处理对MCMB为基体的C/C复合材料性能的影响

以自烧结性中间相沥青炭微球(MCMB)为基体,以沥青基磨碎炭纤维为增强体,采用简单的氧化处理、混合、热压成型、炭化等工艺一步制备C/C复合材料。研究了MCMB氧化处理深度对C/C复合材料的密度、失重、体积收缩率、弯曲强度及断面形态的影响。结果表明:C/C复合材料的密度和体积收缩率均较无炭纤维添加的炭块有所下降,当添加的炭纤维氧化程度足够深时,炭材料的抗弯强度得到明显提高;随着MCMB氧化时间的延长,C/C复合材料的断面逐渐变得平整;经250℃氧化60 min的MCMB与硝酸90℃氧化10h的炭纤维混合,热压成型后1000℃炭化1h得到的C/C复合材料的密度可达1.64 g/cm3,抗弯强度可达72.0 MPa。与现行的制备C/C复合材料的方法相比,本技术具有工艺简单、制备成本低廉等特点,是一种具有很大发展潜力的制备高性能C/C复合材料的新方法。      

B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响.当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa·m1/2,20.6GPa,98.2%.添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料.     

CVI处理对浸渍裂解法制备C/C-SiC复合材料弯曲性能的影响（英文）

以2D叠层炭布为增强体，以掺加硅粉、炭粉和碳化硅粉3种无机粉体的糠酮树脂为前驱体，经浸渍、热压固化、炭化裂解和高温热处理过程制备出炭/炭-碳化硅（C/C-SiC）复合材料。采用多功能密度测试仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和力学万能试验机，研究了硅粉、炭粉和碳化硅粉的掺加量以及后续化学气相渗透（CVI）处理对C/C-SiC复合材料致密度、微观结构及抗弯强度的影响。结果表明：硅粉、炭粉和碳化硅粉掺加后所形成的碳化硅颗粒对复合材料起到颗粒弥散增强的作用。具体而言，粉体掺加量越多，C/C-SiC复合材料越致密，抗弯强度越大；在三点弯曲载荷作用下，C/C-SiC复合材料呈假塑性断裂模式，并且出现层间开裂现象。对C/C-SiC复合材料进行10h CVI处理后发现，形成的热解炭可以作为炭纤维与树脂炭基体之间的界面，弥补了树脂炭的微孔，相比于未进行CVI处理的C/C-SiC复合材料，密度最大提高了4.98%，抗弯强度最大提高了38.86%。     

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.     

单向炭布叠层C/C复合材料的热压法制备及其性能

以经表面处理的石墨、单向炭布、和沥青粉为原料,通过热压烧结制备炭布叠层C/C复合材料.考察了炭布含量对材料密度、孔隙率、弯曲强度以及摩擦磨损的影响,采用MM200摩擦磨损试验机进行了环-块摩擦磨损实验,并借助SEM表征了材料的弯曲断口和磨痕形貌.结果表明:当炭布质量分数为50％时,C/C复合材料的综合性能最好,抗弯强度为112.2MPa,密度为1.72 g/cm3,摩擦系数为0.28,磨损率为3.68×10-13 m3·N-1·m-1.弯曲实验中材料呈“假塑性”方式破坏,断口出现大量纤维的拔出.石墨相含量的增加有利于形成较好的摩擦膜,降低磨损率,保持摩擦系数稳定.     

炭/炭复合材料硼硅酸盐玻璃涂层制备及性能研究

系统研究了SiO2与B2O3之比、高熔点添加剂种类(包括MoSi2,Y2O3,SiC)及含量对硼硅酸盐(SAB)玻璃涂层高温稳定性、高温流动性的影响规律和最佳工艺参数组合,采用涂刷法在带有疏松结构的SiC内涂层炭/炭(C/C)复合材料表面制备了高温稳定性和流动性良好的硼硅酸盐玻璃外涂层,并测试了带有不同SiC/硼硅酸盐玻璃复合涂层C/C复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能.结果表明:采用SiO2,B2O3摩尔比为4∶1时所得硼硅酸盐玻璃具有相对较高的高温流动性和高温稳定性;与添加Y2O3,SiC相比,在上述硼硅酸盐玻璃中添加MoSi2可以较大幅度提高所得玻璃涂层对C/C基体的氧化保护性能,并且当硼硅酸盐玻璃外涂层中硼硅酸盐与MoSi2的质量比为4∶1时,所得硼硅酸盐玻璃外涂层对SiC-C/C表现出较好的氧化保护能力,氧化17h后涂层C/C试样的失重仅为4.31%.     

炭/炭复合材料磷酸盐涂层的抗氧化性能研究

为防止飞机刹车副用炭/炭(C/C)复合材料在刹车过程中氧化失效,研究了以磷酸、氧化硅和磷酸盐等为原料所制备的磷酸盐涂层的抗氧化性能,结果表明:涂覆有涂层的C/C复合材料在700 ℃氧化66 h后,其氧化失重率仅为1.11%;涂层试样在1 200 ℃氧化5 min后,失重率不超过0.8%;经900 ℃、3 min←→室温、2 min 100次热震后,涂层试件失重率为1.6%.涂层与基体结合牢固,一直保持完好,没有剥落,说明该涂料具有耐高温、热稳定性好等优点,适合作为C/C复合材料表面防氧化涂层.     

三向正交碳纤维增强纳米碳化硅生物复合材料的制备和力学性能

碳纤维增强的纳米碳化硅陶瓷基复合材料力学性能优良,且具有一定的生物相容性,因此可作为一种新型的可取代钛合金的全尺寸整体人工骨骼。研究了具有三向正交结构的T300和M30碳纤维预制体对C/SiC复合材料制备过程和抗弯强度的影响规律。以聚碳硅烷为先驱体,以二乙烯基苯为溶剂和交连剂,采用聚合物浸渍热解法制备了C/SiC复合材料,采用阿基米德排水法测量其密度和气孔率,采用三点抗弯法测量其抗弯强度。M30 C/SiC抗弯强度比T300 C/SiC高6.7％,表明碳纤维弹性模量对复合材料基体开裂强度有显著影响,并通过增加纤维径向强度以及承担载荷的比例提高了复合材料的断裂强度。      

蒙脱石/炭对炭纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

以蒙脱石(MMT)为模板,壳聚糖为碳源,采用水热法合成蒙脱石/炭(MMT/C)纳米复合材料。控制蒙脱石/炭中蒙脱石和炭的比例,并添加于环氧树脂中,模压工艺制备多尺度炭纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料。采用三点弯曲测试、断面扫描等研究两种添加剂对复合材料力学性能、动态热机械性能和导热性能的影响。结果表明:壳聚糖在蒙脱石表面水热炭化成炭,含有C=O、O—H和C—N等有机官能团。当壳聚糖与蒙脱石的质量比为0.5时,水热所得的蒙脱石/炭添加量为2 wt%时对炭纤维/环氧树脂的增强效果最佳,复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高13.4%和20.4%,导热系数提高78.7%。蒙脱石/炭中蒙脱石和炭的协同作用促使蒙脱石/炭在环氧树脂中实现良好的分散;炭中含氮等极性基团与环氧树脂通过化学键合增强蒙脱石/炭与树脂的界面结合,促进应力的传递和分散以及热量的有效传递。     

高性能二维碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能热结构复合材料,以国产T300碳纤维为原料,通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料,并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明:碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响,当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时,二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能,拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa,达到了国际先进水平;在模拟典型服役环境考核状态下,制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当,均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象,表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。      

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

基于酚醛树脂的碳/碳复合材料在高温分解过程的微结构演变

采用热压成型方法制备碳/ 酚醛树脂预制体, 再经高温碳化得到开气孔率为27 %、密度约1. 27 g/ cm3并具有预期孔隙结构的碳/ 碳复合材料。研究了200～900 ℃预制体转化为碳/ 碳复合材料过程中, 材料的密度、开气孔率、失重率、以及内部微观结构随温度的变化。分析了材料在高温分解过程中微观结构演变规律。结果表明,酚醛树脂主要在400～700 ℃大量分解, 其分解速率约为其余温度范围的4 倍, 该温度范围失重率增加了14 %、开气孔率增加了18 %。在高于400 ℃时形成大量裂纹与孔隙, 随着温度升高裂纹增多并进一步扩展, 900 ℃碳化后形成一种连通的特征性微观裂缝网格模式。高温分解后碳/ 碳复合材料中总孔容约0. 17 cm3 / g , 其中81 %的孔隙半径在122. 190～2. 440μm 范围内。      

C/C复合材料压缩破坏的应变率效应研究

研究了碳布叠层/碳复合材料在四种不同应变率下的压缩性能, 对其在准静态、动态载荷下的压缩破坏机理进行了初步的探讨. 研究结果表明: C/C复合材料的压缩破坏强度具有较强的应变率效应, 与准静态(10^-4/s)相比, 复合材料的动态(1.5×10²/s)压缩强度可提高70%左右; 复合材料在准静态、动态载荷下力学性能的差异可归结为纤维与基体界面特性的应变率效应以及不同应变率下破坏模式的不同.     

Csf/BAS玻璃陶瓷复合材料的制备及其力学性能研究

为了提高钡长石(BAS)玻璃陶瓷的力学性能,采用轧膜成型、热压烧结方法制备出纤维分布均匀的致密短碳纤维增强BAS玻璃陶瓷基复合材料(Csf/BAS).采用X射线衍射分析,扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察及三点弯曲法与单边开口梁法研究了纤维含量对复合材料组织及力学性能的影响.研究表明:Csf对BAS玻璃陶瓷有良好的强韧化效应.体积分数为30%Csf/BAS复合材料的室温抗弯强度及断裂韧性分别为255 MPa和3.45 MPa.m1/2,其主要的韧化机制为裂纹偏转、纤维的拔出与桥接.用摩尔分数25%Sr代替Ba实现了基体的六方→单斜相的完全转变,进一步提高了复合材料的力学性能.     

SiCp/MoSi2原位反应高温热压复合工艺的研究

运用乙醇湿法混合和氩气保护原位反应高温热压方法制备了不同配比的SiCp/MoSi2复合材料,研究了原位生成的SiC颗粒对MoSi2基体材料显微结构和室温力学性能的影响.结果表明:原位反应高温热压制备SiCp/MoSi2的工艺是可行的,反应生成的适量SiC颗粒细化了基体晶粒,改善了其力学性能;与该工艺下制备的纯MoSi2相比,含40vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温抗弯强度提高了260%,含50vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温断裂韧性提高了50%;该种工艺的强化机制为细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶韧化.     

用废纸与木片制备复合包装材料的热压工艺研究

热压温度与热压时间是热压工艺的主要参数,是影响废纸－木材复合材料物理力学性能的重要因素.为了获得较好的热压工艺条件,以杨木刨花为原料,废纸为补充原料,异氰酸酯改性的脲醛树脂为胶黏剂,生产了废纸－木材复合材料,并测试了热压温度与热压时间对废纸－木材复合材料物理力学性能的影响.试验结果表明：随着热压时间的延长,废纸－木材复合材料的物理力学性能相应地提高;在140～170 ℃的热压温度范围内,升高热压温度有助于提高废纸－木材复合材料的物理力学性能.废纸－木材复合材料较适宜的热压工艺条件为：热压时间为每mm板厚30 s,热压温度为170 ℃.     

炭基复合材料与人骨的力学性能对比分析

选用3种炭基复合材料,分别为采用化学气相沉积（CVD）工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅（MSI）工艺制备的C/C-SiC复合材料,通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能,研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性。结果表明:3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态。在力学性能方面,3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近,其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近,分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa,有望成为理想的接骨板材料。CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料,弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa,低于人骨的弯曲强度,后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与人骨相匹配。      

木质素磺酸铵对聚乳酸/木纤维可生物降解复合材料力学与热性能的影响

为探讨生物质资源改善复合材料的界面及综合性能的可行性,以木纤维(WF)为基体,聚乳酸(PLA)为增强体,添加氧化改性木质素磺酸铵(OMAL),采用高速混合-平板热压工艺制备环境友好型OMAL-PLA/WF复合材料。研究了OMAL对OMAL-PLA/WF复合材料力学和热性能的影响。结果表明:在WF与PLA质量比为7∶3的复合体系中,OMAL对提高OMAL-PLA/WF复合材料的静曲强度、弹性模量以及内结合强度具有促进作用。OMAL添加量为15wt%~20wt%时,OMAL-PLA/WF复合材料的力学性能最好;当OMAL添加量为20wt%时,与PLA/WF对照样相比,OMAL-PLA/WF复合材料的热分解起始温度降低45℃,热分解速率特征峰温度提前107℃,残渣量增加5.3%,玻璃化转变温度、冷结晶温度和熔融温度均向低温方向移动,储能模量和损耗角正切值增大,玻璃态阶段的热稳定温度范围提高约20℃。