碳/碳复合材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展

碳/碳复合材料是一种性能优异的高温摩擦材料,作为刹车材料在航空工业已得到成功应用。但碳/碳复合材料的摩擦磨损性能强烈地依赖于试验条件和制备工艺。综述了各种因素对碳/碳复合材料摩擦磨损性能的影响,总结了碳/碳复合材料摩擦磨损机理,并指出了碳/碳复合材料摩擦学需进一步深入研究的问题及新的研究方向。

生物医用碳/碳复合材料碳化硅涂层的研究

通过包埋法在医用碳 /碳复合材料表面制备了碳化硅涂层 ,采用 XRD、SEM、EDS等研究了碳化硅涂层形貌结构 ,并用 MTT法对其进行细胞毒性评价 ,实验证实该工艺下碳化硅层表面疏松粗糙 ,具有多孔结构 ,硅成分成梯度变化 ,且细胞毒性评价表明该涂层无毒性 。

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层.借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征,采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律。结果表明:制备的多相涂层结构致密,涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大,断裂特征由假塑性向脆性转变.涂层试样经1500℃至室温20次热震后,涂层试样的弯曲强度降低,塑性增强.

国内外碳/碳复合材料连接研究进展

介绍了近年来国内外碳/碳复合材料连接领域的研究进展,系统总结了碳/碳复合材料与自身及其与铜合金、钛合金、铌合金之间连接新技术与新工艺,并对有限元分析方法在碳/碳复合材料连接中的应用进行了简要的概括。针对碳/碳复合材料连接中存在的问题,提出了一些可行性解决方案,最后展望了碳/碳复合材料连接的研究前景。

高温对碳/碳复合材料性能影响的研究

作为理想的热结构材料 ,碳 /碳复合材料 ( C/C)在高温环境下的力学行为至关重要。针对高温处理、高温应用两个环节 ,研究了 2 1 0 0℃石墨化处理、1 70 0℃实验测试条件对三维整体编织 3DC/C复合材料弯曲行为的影响。比较分析后发现 ,高温石墨化处理改变了裂纹扩展路径 ,提高了材料的强度、模量 ;与室温环境相比 ,高温下 C/C复合材料表现出更加优异的弯曲性能 ,弯曲强度提高 45 % ,模量提高 1 5 %。

碳毡及编织结构碳/碳复合材料常温力学性能研究

为研究两种不同预制体增强的碳/碳(C/C)复合材料的损伤破坏机制差别,将为该材料应用于结构件提供依据,对碳毡及2.5D编织结构增强的C/C复合材料的常温弯曲、剪切、压缩性能进行了测试,并用扫描电镜观察其断面形貌,对C/C复合材料在静态载荷下的力学性能及损伤破坏行为进行研究,探讨有关因素对材料性能和损伤破坏的影响。研究结果表明:两种不同增强体的C/C复合材料的断裂机理存在很大差异,且密度对C/C复合材料的常温力学性能有较大的影响。

碳化硅-碳/碳复合材料表面掺铬碳膜的研究

碳/碳复合材料既有良好的生物相容性,又有良好的力学性能,是一种极具潜力的新型生物材料。为提高其硬度、耐磨性,降低摩擦系数,需对其表面进行处理。本研究先利用包埋法在其表面制备SiC涂层,后利用非平衡磁控溅射技术在SiC涂层表面制备了掺铬碳膜。通过XRD,Raman,SEM,EDAX和XPS对其结构和形貌进行了表征,用MM-200型环块磨损试验机对膜的摩擦学性能进行了测定。研究结果表明:掺铬碳膜在XRD及拉曼光谱上都没有明显的峰,为非晶态结构。碳原子主要为类石墨碳。非晶态掺铬碳膜的摩擦系数约为0.100,比碳/碳复合材料低;磨损率为0.45×10-6mm3·(Nm)-1,也比碳/碳复合材料低。

微球型碳泡沫复合材料力学性能的研究

为表征微球含量对碳泡沫复合材料的影响,以自制热固性酚醛树脂与不同体积分数的酚醛空心微球配比混合,采用模压成型法,制备酚醛泡沫材料;再将其在Ar气保护下高温碳化处理,得到微球型碳泡沫复合材料;研究碳泡沫复合材料的微观结构及空心微球的体积分数对碳泡沫的压缩性能、断裂韧性的影响。结果表明:随着空心微球含量的增加,复合材料的压缩断裂特征由梯度式脆性断裂模式向假塑性断裂模式转变,其断裂韧性也得到了明显改善;空心微球含量为80 vol.%的碳泡沫韧性最佳;适当提高空心微球含量,可改善碳泡沫的比压缩强度,空心微球含量为70 vol.%的碳泡沫的比压缩强度可达43.32 MPa·cm3·g-1。

碳/碳复合材料氧化的研究进展

碳/碳(C/C)复合材料因比重轻、导电导热快等优异性能,成为航空航天领域应用的理想材料,但在643K以上温度的含氧环境中,碳/碳(C/C)复合材料易发生氧化而导致失效,因此,研究C/C复合材料的抗氧化性能非常必要。本文对C/C复合材料的氧化过程进行了总结,氧化过程主要是低温段的碳氧化学反应控制和高温段的氧气经边界层与碳反应的扩散控制。目前,针对C/C复合材料的抗氧化性弱的问题,有研究者提出,基体改性和涂层防护是提高材料抗氧化能力的主要方法。本文综述了静态氧化和高温氧化烧蚀的最新研究进展,从相关的研究进展可知,该材料的应用环境较为单一,为此本文基于海洋腐蚀环境,分析了C/C复合材料的氧化过程。

三维编织碳/碳复合材料(C/C)的拉伸性能及损伤

C/C复合材料具有优异的高温性能 ,采用编织结构可改善其受外载时的内部应力状态 ,提高力学性能。但是 ,三维编织 C/C复合材料结构、组织的多样性 ,加大了其性能及损伤研究的难度。本文主要研究了三维编织 C/C复合材料的拉伸性能及损伤扩展过程 ,分析了影响性能的主要因素 。

以甲苯为前驱体化学液气相沉积法制备碳/碳复合材料

以甲苯为前驱体利用化学液气相沉积法,采用碳布叠层作预制体,于950℃下沉积9h制备了密度为1.63g/cm3的碳/碳复合材料.用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)等手段对所得的材料进行了组织结构分析,并测定了其力学性能.实验结果表明,以甲苯为前驱体利用该方法可以制备组织结构比较均匀的碳/碳复合材料.用GC/MS气相色谱质谱联用仪对甲苯热分解产物(不挥发成分)进行了成分分析,提出了甲苯裂解制备碳/碳复合材料的初期热裂解机理和热缩聚机理.

碳/碳复合材料密封性能分析

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,本文研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径。结果表明:C/C复合材料比高强石墨更适合用作航天动密封材料。碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好。C/C复合材料中的穿刺纤维以及贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能会产生很大的影响。

石墨化度对2.5D碳/碳复合材料在低能条件下的摩擦学性能影响

在MM-200型摩擦磨损实验机上,对2.5D编织结构的不同石墨化度的碳/碳(C/C)复合材料进行低能条件下的摩擦磨损实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行了观察分析。结果表明:石墨化温度升高到一定值之后,可使摩擦系数下降,而试样的摩擦系数不稳定,相应磨损量也会增大。在摩擦初始时,摩擦系数呈现交错变化,随时间的推移,摩擦系数出现分化,石墨化度高的试样摩擦系数较低,当石墨化度增加50%时,磨损率增加0.05%,磨损量变化不是很大。石墨化程度以及石墨化的均匀程度都对材料的摩擦磨损性能有很大影响。

用碳化稻壳制备碳/碳复合材料的SiC涂层

以碳化稻壳为原料,采用包埋法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层。用X衍射仪、扫描电镜及能谱分析仪对SiC涂层晶相、微观形貌及成分进行了分析,并探讨了涂层的形成机理。研究结果表明:所制备的SiC涂层呈网状结构,以β-SiC为主,并含有少量的α-SiC,纯度较高;碳化稻壳中含有的纳米级的SiO2微晶是低温下制备SiC涂层及涂层呈网状结构的主要原因。

碳/碳复合材料表面聚四氟乙烯复合涂层的摩擦学性能

通过模压烧结法，在碳／碳复合材料表面制备了以SiC为过渡层的聚四氟乙烯（PTFE）自润滑复合涂层，同时对复合涂层的摩擦磨损性能进行了测试．研究结果表明：所制自润滑复合涂层的摩擦系数为0．155，微大于纯PTFE涂层的摩擦系数（0．105-0．16），小于碳／碳复合材料的摩擦系数（0．18～0．23），且其摩擦性能更稳定，磨损量约为纯PTFE涂层磨损量的1／50，磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损．

碳纤维表面处理对单向C/C复合材料强度的影响

通过对碳纤维表面进行适当的氧化处理 ,改善纤维 /基体之间的界面结合 ,能在复合材料中得到较好的纤维强度利用率 ,提高材料性能。本文在不同条件下对碳纤维进行液相氧化和空气氧化处理 ,并测定了所制备的单向 C/C复合材料的强度 ,研究了不同氧化工艺条件对复合材料拉伸强度的影响 ,对采用氧化后纤维制备材料断裂机制的改变进行了讨论 ;研究发现液相氧化处理对 C/C复合材料的性能影响较为显著。

碳/碳复合材料SiC/W-Al-Si涂层微观结构及抗氧化性能

分别采用包埋法、料浆法在碳/碳(C/C)复合材料表面制备了碳化硅(SiC)内涂层、W-Al-Si合金外涂层,借助XRD和SEM分析了所得涂层的物相组成和微观结构,并测试了带有单一SiC涂层、SiC/W-Al-Si双涂层碳/碳复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:富Si的SiC内涂层结构疏松,仅能为碳/碳基体提供数小时的防氧化保护;W-Al-Si合金外涂层主要由WSi2和W(Si,Al)2两相组成;SiC/W-Al-Si双涂层厚度约为100μm,其抗氧化性能明显优于单一SiC涂层,氧化19 h后涂层试样的质量损失未超过5%;有望进一步通过优化W-Al-Si外涂层料浆比例,避免因为与SiC内涂层热膨胀不匹配而产生透性裂纹,从而发挥出超过19 h后SiC/W-Al-Si双涂层的氧化防护潜力。

碳/碳复合材料的氧化及其防护

研究了碳/碳复合材料的氧化机理及抗氧化防护方法.对基体改性及涂层法进行了详细评述,对碳/碳复合材料抗氧化的研究现状进行了综述,阐明了其发展的方向.

碳密封材料的研究进展及其在航空航天领域的应用

对近年来国内外碳密封材料研究进展及应用进行了概述。对碳密封材料进行了分类。介绍了碳密封材料的制作工艺。把高强石墨密封件与C／C复合材料密封件进行了对比分析，指出C／C复合材料密封件具有比高强石墨密封件高出3～6倍的弯曲强度，是未来空间领域中很有前途的一种摩擦密封材料。

电气石/无机抗菌剂复合型中空活性碳纤维研究

本研究采用真空浸渍、溶胶凝胶和低温焙烧法,将电气石粉、氧化钛和银系抗菌剂载负在中空活性碳纤维(ACHF)的中心孔和表面上,制备了复合型负离子ACHF。测试表明:复合型负离子抗菌ACHF的微孔结构、高吸附性基本保持不变,在电气石、高价态银和TiO2的协同作用下,抗菌效果显著提高,水中浸泡对抗菌能力没有明显的影响,负离子释放量大于2000个/cm3,本研究制备的ACHF可广泛应用于空气或水的净化和抗菌领域。