碳/碳复合材料

摘要： 为了提高碳/碳复合材料表面SiC涂层的耐磨性,采用包埋法和氮化处理制备SiC/Si_(3)N_(4)涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及摩擦磨损试验,分别评价SiC涂层与SiC/Si_(3)N_(4)涂层的表面形貌、物相组成、磨损形貌及摩擦磨损性能,并研究涂层显微组织结构与磨损机理之间的联系。结果表明:SiC/Si_(3)N_(4)涂层由Si_(3)N_(4)相、SiC相和C相组成,涂层平整且致密;SiC/Si_(3)N_(4)涂层的摩擦系数低于0.05且更稳定;SiC涂层高摩擦系数值的主要磨损机制是黏着磨损和磨料磨损;SiC/Si_(3)N_(4)涂层中形成了一层较薄的润滑膜,并在摩擦磨损的后续阶段降低摩擦系数。Si_(3)N_(4)相的引入可以有效改善SiC涂层的表面结构,使得SiC涂层摩擦系数更小且更稳定,从而提高涂层耐磨性。

摘要： 以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维无纬布和短切网胎纤维交互叠层针刺,在预制体制备过程中掺杂0%、5%、15%、25%和35%五种不同质量分数的BaTiO_(3),制备得到纵向纤维排布环形碳纤维预制体,通过化学气相沉积(CVD)和液相浸渍相结合的方法,制备得到BaTiO_(3)改性碳/碳复合材料。对该复合材料进行垂直和平行两个方向的力学性能测试,并且观察断口处的组织结构及其形貌特征。结果表明,引入纳米BaTiO_(3)后,加快了热解碳形核与生长的过程,改变了热解碳的组织结构,由单一的光滑层组织结构转变为光滑层和粗糙层两种组织结构。随着BaTiO_(3)含量的增加,复合材料的垂直压缩强度先基本不变后逐渐增大,平行压缩强度先增大后减小。复合材料的垂直压缩断裂方式均为脆性断裂,平行压缩断裂方式也均为脆性断裂同时呈现层间断裂的特征。

摘要： 氧化敏感性是限制碳/碳(C/C)复合材料作为超高温结构材料应用于航空航天领域的关键瓶颈。表面涂层技术是目前在高温含氧环境下有望实现C/C复合材料长时稳定服役的最有效手段。其中,广泛应用于制备航空发动机热防护涂层的等离子喷涂技术备受关注。从C/C复合材料表面等离子喷涂高温抗氧化涂层体系出发,综述了硼化物、硅化物和氧化物基抗氧化涂层的国内外研究进展,基于不同喷涂工艺、成分/结构设计和测试环境下的防护性能进行了对比总结,并对后续该方向研究提出了展望。

摘要： 通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物结合表面超高温抗氧化涂层,研制出了超高温本体涂层协同抗氧化碳/碳复合材料。通过微结构设计及控制,解决了纤维异构化、基体与陶瓷涂层间热胀匹配和多相复合陶瓷成分和结构精确控制的关键技术,提高了复合材料的烧蚀性能。动态高频等离子风洞超高温抗氧化试验表明,在驻点温度1900~2500°C,经过2500s烧蚀,烧蚀速率10^(-4)mm/s,实现非烧蚀,而抗氧化碳/碳复合材料816s的烧蚀量则达到20mm以上。

摘要： 通过在碳/碳(简称C/C)复合材料表面依次铺设Si、CaO/Al_(2)O_(3)微晶玻璃(简称CA)和Si浆料,形成一种三明治结构的涂层,经热压扩散连接实现C/C复合材料自身连接。C/C复合材料和玻璃陶瓷之间的润湿性差,而Si与C具有良好的亲和性,因此希望通过Si和基体C在高温下原位生成SiC,同时Si和CA接触扩散并进行化学反应形成硅酸盐玻璃,使得采用微晶玻璃来连接C/C复合材料成为可能。对接头的微观组织结构和力学性能进行了研究,结果表明:随着保温时间延长,接头连接层上的裂纹和孔洞减少,连接层变得更为致密。在1480°C、0.5~1 MPa及保温90 min的工艺条件下,所得接头在室温下的剪切强度达30.45 MPa。熔融的中间层产物与C/C复合材料具有较好的浸润性,并渗透填充到C/C复合材料基体的空隙中形成了“钉扎结构”,从而提高了接头的剪切强度。

摘要： 为解决Dempster-Shafer(D-S)证据理论在处理冲突证据时,融合结果与事实相悖的问题,提出了一种新的冲突证据组合方法。首先,对Spearman相关系数进行改进并计算证据间的支持度,对原证据体进行第一次修正;然后,结合基于定积分的区间距离的优势,针对证据的不确定度进行分析,确定了新的折扣系数,对原证据体进行二次修正;最后,使用Dempster组合规则得到融合结果。算例分析表明,所提方法能有效地融合冲突证据,较经典改进算法有较高的基本概率分配。将所提方法用于碳/碳复合材料沉积数据,建立了一种基于改进D-S证据理论的碳/碳复合材料沉积质量预测模型,较几个经典分类器和已有的基于D-S证据理论的预测模型准确率提高了5%~13%,验证了方法的有效性。

摘要： 为准确预测固体火箭发动机的碳碳复合材料喷管的热化学烧蚀率,探究碳碳复合材料的物理属性对烧蚀率的影响。依据热化学烧蚀理论,建立三维喷管的动态流-固-热耦合数值模型;热化学烧蚀通过Fluent仿真软件壁面化学反应完成,利用动网格技术实现壁面退移。以70-lb BATES型固体火箭发动机的喷管为研究案例,研究推进剂配方、材料密度和热导率对碳碳复合材料喷管烧蚀的影响。结果表明:碳碳复合材料喷管的烧蚀率数值计算结果与试验测试值具有较好的一致性;烧蚀率在喷管喉部上游入口处达到峰值;烧蚀率随碳碳复合材料密度的增加而减小;壁面温度随碳碳复合材料热导率的增大而降低。

摘要： 喉衬是固体火箭发动机非常关键的部件.自20世纪60年代起,碳/碳复合材料即在固体火箭发动机中得到广泛应用.喉衬材料不仅要承受热负荷、力学负荷和热冲击,还要经受化学侵蚀.喉衬的烧蚀规律,尤其是烧蚀速率及烧蚀机理,对于火箭的研制具有重要意义.采用理论分析、数值仿真及试验研究相结合的方法,具体分析了某固体火箭发动机碳/碳喉衬的烧蚀过程.理论方面,将烧蚀划分为热化学烧蚀及机械剥蚀,建立能量平衡方程.借助商业软件MSCMarc,建立简化的边界条件,采用精确的材料参数,获得了喉衬的烧蚀速率.结果表明,喉部前端烧蚀最为严重,平均烧蚀率约为0.068 mm/s.采用微米CT三维重构技术,获得了试验前后喉衬形貌,得到了喉衬各点烧蚀率.数值结果同试验结果最大误差约为20％.考虑到数值模拟忽略了点火阶段及拖尾段对喉衬的烧蚀作用较小,数值分析得到的烧蚀率应大于实际.

摘要： 分析讨论了高温热处理温度对C/C复合刹车材料石墨化度及摩擦磨损性能的影响规律。研究表明:通过化学气相沉积法制备的C/C复合刹车材料热解碳结构与最终热处理温度无关,均呈现典型的粗糙型结构;从裂解态至2600°C热处理状态,C/C复合刹车材料石墨化度由7.3%提升至67.2%,对应综合导热系数由11.3 W·m^(-1)·k^(-1)增加至50.1 W·m^(-1)·k^(-1);材料摩擦系数随着刹车压力、单位面积能载和速度的升高呈现出逐渐降低的趋势,且相同条件下,石墨化度越高,摩擦系数及磨损率越高。

摘要： 碳/碳复合材料是一种耐高温、耐摩擦的新型复合材料。为了研究碳/碳复合材料在高温环境拉伸载荷作用下的损伤和失效机理,针对有、无抗氧化涂层(以下简称"涂层")[0]_(16)单向板碳/碳复合材料,开展了700°C下轴向拉伸测试,并对相应试验件的断口进行了SEM显微观测分析。拉伸试验结果表明:有涂层单向碳/碳复合材料在700°C下的应力-应变曲线呈线性,相比于室温,700°C下有涂层单向碳/碳复合材料的拉伸强度和弹性模量均得到了强化;无涂层单向碳/碳复合材料在700°C下的应力-应变曲线呈高度非线性,相应的力学性能下降明显。显微观测结果表明:试验700°C下有涂层单向碳/碳复合材料纤维束损伤形式为纤维束内纤维拉伸破坏、基体开裂和纤维拔出破坏;无涂层单向碳/碳复合材料纤维束断口变细且呈散状分布。

摘要： 化学气相渗透(CVI)是制备碳/碳(C/C)复合材料在工业应用中最为常用的工艺.前驱体是影响CVI过程的重要因素之一.对于碳碳复合材料的致密化工艺来说,控制工艺参数,获得高织构为主的基体热解炭是当前研究的主要方向.目前国际上尚没有彻底解决热解炭组织控制技术,虽然某些技术可以获得基体以高织构为主的C/C复合材料,但是工艺参数变化范围窄,控制难度较大.拓宽工艺参数的范围,降低工艺控制的难度成为当前首先需要解决的问题.本文采用混合气作为初始气体，保证C原子分压不变的情况下利用等温化学气相渗透对单束碳纤维进行热解沉碳，利用偏光显微镜、拉曼光谱以及扫描电子显微镜等对所制备材料的微观结构进行分析表征，通过改变混合气种类，研究其对致密化速率和热解碳织构以及微观结构的影响，分析影响机制，阐明沉积机理。

摘要： 以碳纳米管为模板,采用热蒸发和电泳技术在碳布表面成功制备出ZrC纳米管(ZrCNTs),再通过等温化学气相渗积(ICVI)致密化ZrCNTs改性C/C复合材料.研究了不同含量ZrCNTs对C/C复合材料基体热解碳织构和力学性能的影响.结果表明:ZrCNTs改性可显著改善碳纤维与基体间的界面结合,提高界面结合强度.未改性C/C复合材料热解碳基体为高织构与低织构交替的带状织构;ZrCNTs改性后,热解碳的低织构含量降低,当ZrCNTs含量高于0.35％时,热解碳为均一的高织构.通过ZrCNTs改性,C/C复合材料的弯曲和压缩强度分别提高68％和34％.性能提升的原因在于引入ZrCNTs后,一定程度上强化了基体与纤维的界面结合,降低了裂纹宽度,改变了裂纹偏转方向.同时,纳米管在纤维之间的桥联也有利于复合材料力学性能的改善.

摘要： 以碳纳米管为模板,采用热蒸发和电泳技术在碳布表面成功制备出ZrC纳米管(ZrCNTs),再通过等温化学气相渗积(ICVI)致密化ZrCNTs改性C/C复合材料.研究了不同含量ZrCNTs对C/C复合材料基体热解碳织构和力学性能的影响.结果表明:ZrCNTs改性可显著改善碳纤维与基体间的界面结合,提高界面结合强度.未改性C/C复合材料热解碳基体为高织构与低织构交替的带状织构;ZrCNTs改性后,热解碳的低织构含量降低,当ZrCNTs含量高于0.35％时,热解碳为均一的高织构.通过ZrCNTs改性,C/C复合材料的弯曲和压缩强度分别提高68％和34％.性能提升的原因在于引入ZrCNTs后,一定程度上强化了基体与纤维的界面结合,降低了裂纹宽度,改变了裂纹偏转方向.同时,纳米管在纤维之间的桥联也有利于复合材料力学性能的改善.

摘要： 以碳纳米管为模板,采用热蒸发和电泳技术在碳布表面成功制备出ZrC纳米管(ZrCNTs),再通过等温化学气相渗积(ICVI)致密化ZrCNTs改性C/C复合材料.研究了不同含量ZrCNTs对C/C复合材料基体热解碳织构和力学性能的影响.结果表明:ZrCNTs改性可显著改善碳纤维与基体间的界面结合,提高界面结合强度.未改性C/C复合材料热解碳基体为高织构与低织构交替的带状织构;ZrCNTs改性后,热解碳的低织构含量降低,当ZrCNTs含量高于0.35％时,热解碳为均一的高织构.通过ZrCNTs改性,C/C复合材料的弯曲和压缩强度分别提高68％和34％.性能提升的原因在于引入ZrCNTs后,一定程度上强化了基体与纤维的界面结合,降低了裂纹宽度,改变了裂纹偏转方向.同时,纳米管在纤维之间的桥联也有利于复合材料力学性能的改善.

摘要： 以碳纳米管为模板,采用热蒸发和电泳技术在碳布表面成功制备出ZrC纳米管(ZrCNTs),再通过等温化学气相渗积(ICVI)致密化ZrCNTs改性C/C复合材料.研究了不同含量ZrCNTs对C/C复合材料基体热解碳织构和力学性能的影响.结果表明:ZrCNTs改性可显著改善碳纤维与基体间的界面结合,提高界面结合强度.未改性C/C复合材料热解碳基体为高织构与低织构交替的带状织构;ZrCNTs改性后,热解碳的低织构含量降低,当ZrCNTs含量高于0.35％时,热解碳为均一的高织构.通过ZrCNTs改性,C/C复合材料的弯曲和压缩强度分别提高68％和34％.性能提升的原因在于引入ZrCNTs后,一定程度上强化了基体与纤维的界面结合,降低了裂纹宽度,改变了裂纹偏转方向.同时,纳米管在纤维之间的桥联也有利于复合材料力学性能的改善.

摘要： 以碳纳米管为模板,采用热蒸发和电泳技术在碳布表面成功制备出ZrC纳米管(ZrCNTs),再通过等温化学气相渗积(ICVI)致密化ZrCNTs改性C/C复合材料.研究了不同含量ZrCNTs对C/C复合材料基体热解碳织构和力学性能的影响.结果表明:ZrCNTs改性可显著改善碳纤维与基体间的界面结合,提高界面结合强度.未改性C/C复合材料热解碳基体为高织构与低织构交替的带状织构;ZrCNTs改性后,热解碳的低织构含量降低,当ZrCNTs含量高于0.35％时,热解碳为均一的高织构.通过ZrCNTs改性,C/C复合材料的弯曲和压缩强度分别提高68％和34％.性能提升的原因在于引入ZrCNTs后,一定程度上强化了基体与纤维的界面结合,降低了裂纹宽度,改变了裂纹偏转方向.同时,纳米管在纤维之间的桥联也有利于复合材料力学性能的改善.

摘要： 制备了一种具有优异性能碳/碳复合活塞材料.借助金相显微镜、扫描电镜等手段,对该材料的微观结构进行了表征,研究了该材料的抗拉强度、热膨胀系数和摩擦磨损性能.结果表明,作为活塞用碳/碳复合材料,采用CVI增密获得粗糙层结构的沉积碳,以提高其导热性能而不能使用沉积碳的光滑结构.制备的碳/碳复合材料具有明显的各向异性,室温下X、Z方向抗拉强度表现优异,约为400MPa,在X、Y、Z三个方向的热膨胀系数都小于0.5×10-6K-1,Y向的热膨胀系数近似于零膨胀.长纤维绕编碳/碳材料有比高镍铸铁具有更好的耐磨性.

摘要： 制备了一种具有优异性能碳/碳复合活塞材料.借助金相显微镜、扫描电镜等手段,对该材料的微观结构进行了表征,研究了该材料的抗拉强度、热膨胀系数和摩擦磨损性能.结果表明,作为活塞用碳/碳复合材料,采用CVI增密获得粗糙层结构的沉积碳,以提高其导热性能而不能使用沉积碳的光滑结构.制备的碳/碳复合材料具有明显的各向异性,室温下X、Z方向抗拉强度表现优异,约为400MPa,在X、Y、Z三个方向的热膨胀系数都小于0.5×10-6K-1,Y向的热膨胀系数近似于零膨胀.长纤维绕编碳/碳材料有比高镍铸铁具有更好的耐磨性.

摘要： 制备了一种具有优异性能碳/碳复合活塞材料.借助金相显微镜、扫描电镜等手段,对该材料的微观结构进行了表征,研究了该材料的抗拉强度、热膨胀系数和摩擦磨损性能.结果表明,作为活塞用碳/碳复合材料,采用CVI增密获得粗糙层结构的沉积碳,以提高其导热性能而不能使用沉积碳的光滑结构.制备的碳/碳复合材料具有明显的各向异性,室温下X、Z方向抗拉强度表现优异,约为400MPa,在X、Y、Z三个方向的热膨胀系数都小于0.5×10-6K-1,Y向的热膨胀系数近似于零膨胀.长纤维绕编碳/碳材料有比高镍铸铁具有更好的耐磨性.

摘要： 制备了一种具有优异性能碳/碳复合活塞材料.借助金相显微镜、扫描电镜等手段,对该材料的微观结构进行了表征,研究了该材料的抗拉强度、热膨胀系数和摩擦磨损性能.结果表明,作为活塞用碳/碳复合材料,采用CVI增密获得粗糙层结构的沉积碳,以提高其导热性能而不能使用沉积碳的光滑结构.制备的碳/碳复合材料具有明显的各向异性,室温下X、Z方向抗拉强度表现优异,约为400MPa,在X、Y、Z三个方向的热膨胀系数都小于0.5×10-6K-1,Y向的热膨胀系数近似于零膨胀.长纤维绕编碳/碳材料有比高镍铸铁具有更好的耐磨性.

摘要： 本发明提供一种硅碳复合材料的制备方法、所制备的硅碳复合材料及使用该材料制备的电池负极和锂离子电池。本发明的制备方法是直接将酚单体、醛单体和一氧化硅混合，在一定条件下进行聚合反应，得到酚醛树脂包覆一氧化硅的混合物，再经热处理和腐蚀过程得到核壳结构的硅碳复合材料。使用该方法制备工艺简单，且制备的硅碳复合材料具有比容量高、循环性能好的优点。

摘要： 本发明属于碳纤维预制体技术领域，特别涉及一种碳纳米改性碳纤维预制体、碳/碳复合材料、碳/陶瓷复合材料及其制备方法。本发明提供的碳纳米改性碳纤维预制体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维置于糖水溶液中，进行水热反应，得到改性碳纤维；利用所述改性碳纤维为原料，制备得到碳纳米改性碳纤维预制体；所述水热反应的温度为100～200°C，时间为1～100min。本发明以碳纤维作为母相，利用糖水溶液，通过水热法对碳纤维进行表面改性处理，在母相碳纤维表面沿不同方向生长出碳纳米颗粒，大大增加碳纤维比表面积，增强单根碳纤维的毛细管作用，从而增加了碳纤维预制体的比表面积，得到具有更强吸附能力的碳纳米改性碳纤维预制体。

摘要： 本发明涉及一种多孔硅材料/碳复合材料的制备方法，包括：将硅材料、碳源和水溶性盐在无水环境下混合，得到硅材料/碳源/水溶性盐混合物；将硅材料/碳源/水溶性盐混合物在惰性气氛保护下碳化处理，得到硅材料/碳/水溶性盐的混合物；用水将硅材料/碳/水溶性盐混合物中的水溶性盐溶出，制得多孔硅材料/碳复合材料。本发明还涉及一种碳包覆的多孔的硅材料/碳复合材料的制备方法。是在获得硅材料/碳/水溶性盐混合物后，将其与碳源再次混合均匀并在惰性气氛下碳化，使碳源形成碳包覆的硅材料/碳/水溶性盐复合材料，最后用水将其中的水溶性盐溶出，得到碳包覆的多孔硅材料/碳复合材料，用于制作锂离子电池负极，表现出了更高的电池容量及更好的电池循环稳定性。

摘要： 本发明提供一种硅碳复合材料的制备方法、所制备的硅碳复合材料及使用该材料制备的电池负极和锂离子电池。本发明的制备方法是直接将酚单体、醛单体和一氧化硅混合，在一定条件下进行聚合反应，得到酚醛树脂包覆一氧化硅的混合物，再经热处理和腐蚀过程得到核壳结构的硅碳复合材料。使用该方法制备工艺简单，且制备的硅碳复合材料具有比容量高、循环性能好的优点。

摘要： 本发明属于预制体制备技术领域，特别涉及一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体、碳/碳复合材料及其制备方法。本发明采用0°碳纤维无纬布、网胎、45°碳纤维无纬布、网胎、‑45°碳纤维无纬布、网胎和90°碳纤维无纬布的顺序形成交替层叠结构，该种结构所得的针刺预制体在致密化后，所得的碳/碳复合材料在受到应力时底部0°碳纤维无纬布中的碳纤维最先达到断裂强度，在0°碳纤维断裂后裂纹穿过45°碳纤维无纬布和‑45°碳纤维无纬布的碳纤维时发生偏转并沿界面扩展，发生裂纹偏转，造成层间分层破坏，使得断裂应力得到释放，有利于减缓应力裂纹在纵向的扩展，进而有利于增强碳/碳复合材料的强度和韧性。

摘要： 本发明属于碳纤维预制体技术领域，特别涉及一种碳纳米改性碳纤维预制体、碳/碳复合材料、碳/陶瓷复合材料及其制备方法。本发明提供的碳纳米改性碳纤维预制体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维置于糖水溶液中，进行水热反应，得到改性碳纤维；利用所述改性碳纤维为原料，制备得到碳纳米改性碳纤维预制体；所述水热反应的温度为100～200°C，时间为1～100min。本发明以碳纤维作为母相，利用糖水溶液，通过水热法对碳纤维进行表面改性处理，在母相碳纤维表面沿不同方向生长出碳纳米颗粒，大大增加碳纤维比表面积，增强单根碳纤维的毛细管作用，从而增加了碳纤维预制体的比表面积，得到具有更强吸附能力的碳纳米改性碳纤维预制体。

摘要： 本发明涉及一种多孔硅材料/碳复合材料的制备方法，包括：将硅材料、碳源和水溶性盐在无水环境下混合，得到硅材料/碳源/水溶性盐混合物；将硅材料/碳源/水溶性盐混合物在惰性气氛保护下碳化处理，得到硅材料/碳/水溶性盐的混合物；用水将硅材料/碳/水溶性盐混合物中的水溶性盐溶出，制得多孔硅材料/碳复合材料。本发明还涉及一种碳包覆的多孔的硅材料/碳复合材料的制备方法。是在获得硅材料/碳/水溶性盐混合物后，将其与碳源再次混合均匀并在惰性气氛下碳化，使碳源形成碳包覆的硅材料/碳/水溶性盐复合材料，最后用水将其中的水溶性盐溶出，得到碳包覆的多孔硅材料/碳复合材料，用于制作锂离子电池负极，表现出了更高的电池容量及更好的电池循环稳定性。

摘要： 本发明提供可以用作界面粘接性优异的结构材料的具有在拉伸轴上取向的连续多孔结构的碳材料及其制造方法。通过多孔质碳材料解决了上述课题，所述多孔质碳材料的特征在于：至少一部分具有连续多孔结构，通过小角X射线散射或X射线CT法测得的连续多孔结构的取向度为1.10以上。

摘要： 本发明涉及一种带内孔的碳碳复合材料和碳陶复合材料的制备方法，采用预埋预定形状、尺寸的塑料模具或石墨模具，并在其表面包裹具有特殊结构和功能的石墨纸，或经预处理的石墨纸或碳纤维纸的方法，对碳纤维针刺预制体进行编制成型，再将其在保护气氛下高温脱胶处理，之后进行CVI增密和/或树脂浸渍‑裂解增密，最后进行高温石墨化或渗硅处理后，脱除预埋塑料模具或取出石墨模具，得到具有异形内孔结构及功能的碳碳复合材料和碳陶复合材料。本发明制备工艺简单可控，特别适用于制备对内孔有特殊功能要求，如散热、导热、导电等，且内孔特备复杂的碳碳复合材料和碳陶复合材料。

摘要： 本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种碳碳复合材料的制备方法、碳碳复合材料及其用途。该制备方法包括如下步骤：将至少一层预热活化后的碳纤维织物按照预设顺序进行铺层；将铺层后的碳纤维织物与树脂浆料接触并进行湿法模压，得第一预成型体；对第一预成型体进行碳化裂解，得第二预成型体；对第二预成型体进行至少一次浸渍裂解，得第三预成型体；对第三预成型体进行石墨化处理。本发明提供的碳碳复合材料的制备方法，通过湿法模压法结合浸渍裂解法制备碳碳复合材料，能够显著降低碳碳复合材料的生产成本，缩短生产周期。