拉伸速率对碳纤维单丝拉伸性能的影响

碳纤维单丝直径通常小于10μm,拉断载荷很小,其拉伸试验有别于常规材料.测定了T300-12K碳纤维单丝的拉伸性能,考察了拉伸速率对拉伸性能的影响.结果表明:随着拉伸速率提高,碳纤维单丝拉伸强度明显增大,拉伸强度由拉伸速率为0.1mm/min时的2 699MPa增加到10mm/min时的3 464MPa;表观弹性模量略有增大,大致呈线性规律增加,由拉伸速率为0.1mm/min时的186GPa增加到10mm/min时的209GPa;断裂伸长率随拉伸速率变化不大.

碳毡SiC涂层分析表征与抗氧化性能

碳毡作为一种隔热保温材料,只能在真空环境或者惰性气氛中使用,在氧化性气氛中会因氧化而失效.在碳毡上制备SiC涂层,可有效防止其氧化.用化学气相沉积法在碳毡上制备SiC涂层,借助XRD、SEM分析涂层的物相组成以及微观结构,对比涂覆前后碳毡的抗氧化性.结果表明:在碳毡表面制备的SiC涂层连续致密、无明显孔洞和微裂纹.大气环境中热重分析结果表明,无涂层碳毡在790℃时,失重率已达100%,而SiC涂层碳毡在790℃失重率仅为4%左右.温度升至1 200℃时,涂层试样因生成SiO2质量略有增加.

CVI法制备C/C复合材料的温度梯度

温度梯度CVI法可在碳纤维预制体内部实现热解碳由高温区域向低温区域的顺序沉积,是快速、低成本制备C/C复合材料的一种有效途径.通过设计变径螺旋感应线圈,可实现被加热工件轴向及径向的温度梯度.变径螺旋感应线圈加热圆柱状石墨试样温度场实测结果显示:沿轴向温度呈线性变化,径向温度场呈"浅盘状"分布.以碳毡为预制体在变径感应线圈中用CVI法制备C/C复合材料,沉积46h后,高温区材料密度从0.08g·cm-3增加到1.487g·cm-3,低温区密度增加到0.398g·cm-3,说明碳毡预制体内热解碳发生了顺序沉积,可实现快速致密化.

化学液相沉积温度对C/C复合材料致密化行为及显微结构的影响

化学液相沉积法(简称CLVD)是一种快速致密C/C复合材料的有效工艺.利用自行研制的沉积装置,以碳毡为预制体,研究了其在不同工艺下的致密化行为.并对复合材料的密度、孔隙率、致密化速率及显微形貌与结构进行了分析.结果表明:自行研制的沉积装置可实现C/C复合材料的快速制备,在1 050℃下经1h沉积后制备出密度近1.6g/cm^3的C/C复合材料,致密化效果显著.沉积的热解碳以碳纤维为轴形成同轴层状结构,沉积温度升高,致密化速率加快,热解碳由光滑层向粗糙层过渡,并向有序的石墨结构进行转化.

液相汽化TG-CVI法制备C/C复合材料的组织和性能

为了提高C/C复合材料的致密化速率,本研究以环己烷为碳源前驱体、普通碳毡为预制体,设计了前驱体蒸发与热解碳沉积一体的沉积装置。采用液相汽化TG-CVI法快速制备C/C复合材料,并对复合材料进行2000℃下保温2 h的高温热处理。采用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪表征了复合材料的显微组织、断口形貌、物相结构及晶化程度,并采用万能试验机测试复合材料的抗弯强度。结果表明,初始密度为0.14 g/cm^3的环形预制体在温度为1000℃及压力为20 kPa下沉积20 h后,其平均密度可达1.65 g/cm^3;液相汽化TG-CVI的致密化速率为0.0755 g·cm^-3·h^-1,较传统ICVI提高了近一个数量级;复合材料的组织均为粗糙层热解碳,弯曲强度约为63.24 MPa,断裂形式为假塑性断裂。复合材料经2000℃下2 h热处理后,C(002)层间距显著减小,微晶由乱层结构向理想石墨转化,具有较高的石墨化度。

定向气流TG-CVI法快速致密化盘状C/C复合材料工艺

C/C复合材料因其特异性能在航空航天、武器装备等领域得到了广泛应用.但其制备过程中致密化周期很长导致成本居高不下,限制了C/C复合材料在众多领域的应用.采用定向气流温度梯度气相渗透(TG-CVI)快速致密化方法制备盘状C/C复合材料,并对其致密化行为和致密化工艺进行研究.结果表明:定向气流TG-CVI法能有效抑制气相沉积过程中C/C复合材料表面"结壳"现象,实现盘状C/C复合材料的逐层快速致密化,是制备盘状C/C复合材料较为理想的工艺.在1 080℃下,只需沉积67 h,C/C复合材料的密度就可达到1.8 g/cm^3,热解碳结构全部为粗糙层结构(RL).

定向脉冲气流TG-CVI法致密C/C复合材料工艺及性能

以液化气为碳源前驱体,氮气为稀释气体,采用定向脉冲气流TG-CVI法,对初始密度为0.14 g·cm-3的普通碳毡进行致密化处理.研究在不同试验条件下C/C复合材料的致密化过程和密度分布,借助偏光显微镜观察其微观组织,扫描电子显微镜观察其断口形貌,采用三点弯曲法测定C/C复合材料的抗弯强度.结果表明:在热端温度为1080℃、脉冲压力为-3~0 kPa的条件下,经70 h致密化,C/C复合材料的表观密度可达1.836 g·cm-3,且密度分布均匀;组织为粗糙层(RL)和光滑层(SL)的混合型组织;试样断口形貌呈渐变的锯齿状分布,纤维以拔出为主,表现为假塑性断裂特征,抗弯强度为83.91 MPa.

炭纤维增强层状热解炭/碳化硅基复合材料的制备及性能研究

以普通炭毡为预制体,在炭纤维表面经多次反复沉积热解炭(PyC)和碳化硅(SiC)层,最终制备出炭纤维增强层状PyCSiC炭/陶复合材料。对复合材料微观结构、物相组成及断裂行为进行分析,结果表明:靠近炭纤维周围的层状PyC-SiC复合材料厚度均匀、致密,层状结构清晰,远离炭纤维处层状结构难以分辨;结合三点弯曲载荷-位移曲线及SEM断口形貌可以判断复合材料断裂方式为阶梯型断裂,裂纹在层间界面发生了明显的偏转,炭纤维增强层状PyC-SiC复合材料的韧性得到明显提高。