熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的研究进展

综述了熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的国内外研究和应用现状,重点分析了碳纤维预制体和C/C多孔体的制备,以及熔融渗硅过程对C/C-SiC复合材料性能和结构的影响,介绍了C/C-SiC复合材料作为热结构和摩擦材料在航空航天和先进摩擦制动系统中的应用,提出了C/C-SiC复合材料制备过程中存在的问题和今后研究的重点。

冷等离子处理对炭纤维表面及复合材料性能的影响

空气气氛下对T300炭纤维进行不同时间的等离子处理。对处理后的炭纤维表面进行了扫描电镜(SEM)观察,对表面活性基团进行了红外光谱测试。结果显示,随着处理时间的增长,纤维表面沟槽长度加长,程度加深,表面粗糙度增大。纤维表面并没有明显的活性基团产生。将处理后的炭纤维制备成单向增强板,测得试样的弯曲模量达到109GPa;弯曲强度在处理时间为16min之内增加较快达到1241.5MPa,超过16min之后开始下降。等离子处理前后的力学性能相比,弯曲模量提高了50.97%,弯曲强度提高了46.89%。实验结果显示,等离子处理16min能够得到比较好的界面结合性能和力学性能。

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-Cu复合材料的弯曲性能

以碳纤维针刺毡为整体骨架,采用CVI工艺制备出不同密度的C/C复合材料,然后用挤压铸造成型方法制备了C/C-Cu复合材料。并对不同组分的C/C-Cu以及C/C复合材料的弯曲性能进行了研究,结果表明:密度为4.59 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度高于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,并且具有一定的塑性,铜基体发挥了增韧增强的作用;密度为2.04 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度低于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,且没有塑性出现,铜基体分散未发挥增强作用。

C/C和C/C-SiC复合材料的氧化及烧蚀性能

用液相浸渍 裂解聚硅烷工艺制备了C C SiC复合材料,对比了C C与C C SiC复合材料的氧化及烧蚀性能,用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了氧化与烧蚀前后的微观结构及物相变化.结果表明:C C SiC复合材料使C C复合材料的氧化起始温度从500℃提高到700℃;在600℃和700℃恒温氧化条件下,C C SiC复合材料比C C复合材料的氧化速率分别降低38%和47%,失重率分别降低35%和47%;C C SiC复合材料的耐烧蚀性能优于C C复合材料.

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-85和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60%。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74.26GPa,弯曲强度为1061.4MPa,层间剪切强度(ILSS)为54.05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55.73GPa,弯曲强度为840.52MPa,层间剪切强度(IL-SS)为44.84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26.3%、33.2%与20.5%。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。

增强毡C/C复合材料的结构和性能

设计了两种不同结构的预制体 ,即碳布 +碳毡 (1#预制体 )、无纬布 +碳毡 (2 #预制体 ) ,经化学气相沉积 (CVD)与浸渍树脂相结合的致密化工艺制备出了高密度的增强毡C C复合材料。结果表明 :1#、2 #预制体制备的C C材料表现出了良好的力学性能 ,其拉伸强度分别达 6 1 2 5MPa和 5 3 12MPa ,其中 2 #材料的拉伸破坏表现出了假塑性。结合材料的微观形貌研究了预制体结构、界面对C C复合材料拉伸性能的影响。

三向正交编织碳/碳复合材料中碳纤维微区的弹性模量和纳米硬度

采用纳米压痕法测定了三向正交编织碳/碳复合材料中碳纤维不同微区的弹性模量和纳米硬度,并分析了不同微区力学性能不同的原因。结果表明:加载载荷为9.0,9.5mN时,碳纤维中心只发生弹性变形,在边缘(距离纤维中心2μm)处既发生了弹性变形也发生了塑性变形;碳纤维中心处的弹性模量、纳米硬度分别为33.42,3.30GPa,边缘处的弹性模量、纳米硬度分别为32.41,2.63GPa;边缘与中心处弹性模量、纳米硬度的差别是由石墨微晶排列差异造成的。

湿热舒适与卫生保健复合材料的结构设计及在纺织领域的应用

对湿热舒适(吸湿快干、智能化透湿、智能化调温)和卫生保健(抗菌)复合功能材料进行了结构设计,并介绍了此类复合材料在纺织领域的应用。

聚砜酰胺/粘土纳米复合材料及其纤维的制备

介绍了采用活性单体溶液插层低温原位聚合技术成功合成聚砜酰胺/粘土纳米复合材料的过程。运用X衍射仪、透射电镜等仪器测试研究,证明复合材料中层状硅酸盐重复有序的片状结构已被完全拆散,均匀分散在聚合物基体中,形成了剥离型纳米复合材料。由此材料制成的纤维的力学性能有了较大的提高。

玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料摩擦磨损性能研究

对几种玻璃纤维织物增强酚醛树脂复合材料进行了双向滑动摩擦试验,考察织物结构和基体树脂对复合材料的摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:通过添加自润滑颗粒可提高复合材料的摩擦磨损性能,其中石墨的耐摩擦磨损效果比聚四氟乙烯(PTFE)显著;织物结构对复合材料摩擦性能的影响,主要受控于织物的表面粗糙度和织物结构对复合材料树脂体积分数的影响。此外,复合材料存在一个较优的树脂体积分数范围,在此范围内,复合材料的摩擦磨损性能较为优异。

芳砜纶纤维/聚四氟乙烯复合材料的性能

采用热压工艺制备芳砜纶纤维(polysulfonamide fiber,PSAF)/聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)复合材料,然后采用热重分析仪(thermal gravimetric analyzer,TGA)、差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)法、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶转换红外(Fourier transform infrared,FTIR)、热场发射扫描式电子显微镜(thermal field scanning electron microscope,TFSEM)等方法研究了PSAF对所制备复合材料的力学性能、热稳定性、结构和微观形貌等的影响.研究结果表明,PSAF的加入提高了复合材料的力学性能,使其具有优异的热稳定性能.适量的PSAF较好地分散在PTFE基体中,PSAF与PTFE基体的界面结合较好,且同时存在物理与化学结合.

C/C-Cu复合材料的烧蚀性能

以聚丙烯腈预氧化纤维针刺毡为预制体,经碳化后采用CVI和树脂浸渍(IR)工艺制备出不同密度的多孔C/C预制件,然后采用气体压力浸渗方法制备了C/C-Cu复合材料。采用氢氧(H2-O2)焰对C/C-Cu的烧蚀性能进行测试考核。结果表明:以密度为0.99 g/cm3的C/C预制件制备出的C/C-Cu复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均小于密度为1.9 g/cm3的C/C复合材料,其烧蚀性能良好;在烧蚀过程中C/C-Cu的铜基体的熔化吸收了大量的热量,降低了材料的表面温度,提高了材料的抗烧蚀性能;烧蚀机制主要是热氧化烧蚀和机械冲刷的综合作用。

碳/碳复合材料概述

介绍了C/C复合材料的两种致密化工艺:化学气相法,液相浸渍-碳化法及二者复合致密化。重点介绍了C/C复合材料的抗氧化技术:内部抗氧化,抗氧化涂层。针对C/C复合材料的两大应用领域:火箭喉衬材料和刹车材料,简述了通过C/C-Cu和C/C-难熔金属碳化物的制备进一步提高C/C复合材料的耐烧蚀性能以及C/C复合材料的摩擦磨损性能。

聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC复合材料及其性能

本文以低密度C/C复合材料为坯体,有机锆聚合物为前驱体,采用聚合物浸渍裂解法(PIP)制备C/C-ZrC复合材料,并对其微观结构、力学性能、烧蚀性能以及烧蚀机理进行了研究。结果表明ZrC在材料内分布均匀,密度为2.05g·cm^(-3)的C/C-ZrC复合材料其弯曲强度为89.70MPa,呈脆性断裂。经氢-氧焰烧蚀150s后其线烧蚀率为-2.2×10^(-3)mm·s^(-1),质量烧蚀率为-1.0×10-3g·s^(-1),远低于密度为1.86g·cm^(-3)的C/C复合材料(线烧蚀率:4.4×10^(-3) mm·s^(-1),质量烧蚀率:7.5×10^(-4)g·s^(-1));在烧蚀的过程中,ZrC表现出优先氧化,同时生成的ZrO_2阻挡层能有效阻挡热量的传递和氧气的渗透,提高了材料的抗烧蚀性能。

孙晋良 中国著名复合材料、特种纺织材料专家

您长期从事碳／碳复合材料及特种纺织材料等方面的研究工作，主持研制的新材料已成功用于多种固体火箭发动机喷管系统及防热系统，可以说为我国航空航天领域做出了巨大贡献。请您具体介绍一下您的研究工作和应用情况。

芳砜纶增强聚四氟乙烯复合材料的耐热性能及摩擦磨损性能

文中对芳砜纶(PSAf)增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的耐热性能和摩擦磨损性能进行研究。研究结果表明:PSAf/PTFE复合材料的长期使用温度均高于250℃,且当芳砜纶含量较少时,材料的热稳定性与PTFE相当;芳砜纶的引入对材料玻璃化转变温度的影响不大,但能显著提高材料的高温力学性能;另一方面,PSAf/PTFE复合材料的摩擦系数与PTFE相当,其磨损量随着纤维含量或纤维长度的提高而明显降低,当纤维质量分数为20%时,复合材料磨损量相比于纯PTFE降低了近19倍。扫描电镜分析表明,材料的耐磨机理主要基于芳砜纶对基体的增强,降低基体的磨损,提高复合材料的耐磨性能。

三向正交预制体织造参数对C/C复合材料性能的影响

以Z向间距不同的三向正交结构预制体为研究对象,采用化学气相渗透和浸渍树脂相结合的工艺制备碳/碳(C/C)复合材料,研究织造参数对C/C复合材料微观结构和弯曲性能的影响。以三向正交预制体最小的重复结构为单元建立计算模型,获得三向正交预制体纤维含量与织造参数的关系式并进行验证,结果表明:Z向纤维间距及X,Y向纤维层间距越小,预制体纤维含量越高;Z向纤维间距越大,纤维交织处扭曲变形大,预制体孔隙结构发生变化;相同致密化工艺下,孔隙结构的变化影响C/C复合材料中基体碳的组成和分布,对基体碳形貌无影响;X,Y向纤维含量越高,Z向纤维间距越小,致密后的C/C复合材料弯曲强度越高。

C/C-SiC复合材料的制备及其烧蚀性能

采用料浆喷涂法将SiC粉添加到针刺碳毡中,利用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)与前驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)复合工艺制备C/CSiC复合材料.借助X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)与扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察材料的微观结构,利用H_2-O_2焰烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能,分析其烧蚀行为.结果表明:烧蚀500 s后,SiC含量为9%的C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能显著优于C/C复合材料,其线烧蚀率降低了63%,质量烧蚀率降低了76%.烧蚀中心区,烧蚀最严重,且材料的烧蚀主要是升华和机械剥蚀,并伴有氧化.烧蚀过渡区,熔融SiO_2能够弥合材料的裂纹、孔隙等缺陷,阻挡氧化性气氛进入材料内部,使材料表现出优异的抗烧蚀性能.材料的烧蚀主要是热氧化和H_2-O_2流的剪切剥蚀.在烧蚀边缘区,烧蚀轻微,热氧化起主要作用.

不同载荷下碳纤维增强碳基体复合材料的摩擦磨损性能

在Falex摩擦磨损实验机上研究了碳纤维增强碳基体(C/C)复合材料在不同载荷下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面进行了SEM观察和分析。研究结果表明:C/C复合材料的摩擦系数随着载荷的增大呈现出先增大后减小的趋势,而磨损量则随着载荷的增大,整体呈现出逐渐增大的趋势;在高载荷下表面形成的磨屑膜,是导致摩擦系数减小的原因之一;随着载荷的逐渐增大,C/C复合材料的磨损由磨粒磨损为主逐渐向粘着磨损为主转变。