碳/碳复合材料的疲劳行为研究

碳 /碳复合材料作为理想的高温结构材料 ,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况 ,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义。本文对近年来碳/ 碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述 ,总结出了疲劳行为特点。提出了“界面控制”疲劳机理分析模型 ,并用此模型合理解释了碳 /碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的“疲劳强化”现象。并在此基础上 ,对今后的研究工作发表了一些看法。

3DC/C复合材料的弯曲行为

采用三点弯曲方法测试了化学气相浸渗法(CVI)工艺制备的三维编织碳/碳复合材料(3DC/C复合材料)的性能,借助于偏光显微镜和扫描电镜研究了材料的组织结构和断口形貌,分析了密度及编织结构对材料性能和断裂模式的影响。结果表明:材料密度对弯曲强度、模量影响很大,并随试样密度的增加,3DC/C复合材料的材料的破坏模式从“假塑性”向“脆性”模式转化,“假塑性”破坏模式表现出纤维束间的剪切破坏,“脆性”破坏模式表现出纤维束的拉伸断裂。

孔隙演化与C/C复合材料的疲劳行为

孔隙是 C/C 复合材料结构中重要的组成部分,它直接影响着材料的疲劳行为,因此,在研究 C/C 复合材料的疲劳行为时,考察基体以及界面中孔隙的变化具有重要的意义。综述了 C/C 复合材料原始孔隙结构的特点,分析了在疲劳加载过程中碳/碳复合材料孔隙结构的演化规律,强调了孔隙结构变化对碳/碳复合材料疲劳强化所作出的积极贡献,进而为其疲劳机理的研究提供依据。

热解炭结构对C/C复合材料热物理性能影响

炭布叠层为预制体,采用等温CVI工艺制备出炭/炭(C/C)复合材料。通过调节丙烯与氢气的比例得到热解炭结构分别为粗糙层(RL),光滑层(SL),各向同性(ISO)的三种C/C复合材料,研究了热解炭组织结构对C/C复合材料热导率的影响,讨论了C/C复合材料的导热机理。结果表明:RL织构C/C复合材料的热导率无论是在平行方向还是在垂直方向上都明显高于SL和ISO织构C/C复合材料,在两个方向上,RL织构C/C复合材料的最大热导率比SL织构C/C复合材料分别大41.0%和31.7%,是ISO织构C/C复合材料的2倍多,且3种C/C复合材料的热导率随温度的升高呈现不同的变化趋势。