编织碳/碳复合材料剪切性能测试方法研究

根据Iosipescu剪切试验原理和编织碳/碳(C/C)复合材料的微结构特征,设计了相应的夹具和试件,建立了三维碳/碳复合材料剪切性能的试验方法。利用该方法对细编穿刺C/C复合材料进行了剪切试验,得到了材料在不同方向上的载荷-应变曲线。结果表明改进的Iosipescu试验方法能有效测定编织C/C复合材料的剪切性能。通过试件的断口分析,揭示了材料在加载过程中微结构不断演化导致材料最终破坏的断裂机理,材料的τ-γ曲线也体现了明显的分段线性特征,不同材料方向的剪切性能和破坏模式也不相同。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

PVA辅助两步碳热还原法合成LiFePO_4/C复合材料

以Fe3+为铁源,葡萄糖和有机物聚乙烯醇PVA共同为碳源两步碳热还原法合成LiFePO4/C材料.采用XRD,SEM,LAND电池测试系统及电化学工作站等对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了研究,并对PVA不同时间加入对材料性能的影响做了分析.结果表明:PVA在原料预烧之后加入,所得LiFePO4/C复合材料具有丰富的表面结构,有较小的交流阻抗和很好的充放电性能,0.1C下初始放电比容量达到了167mAh.g-1,且不同倍率下循环性能稳定.     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

累托石镁热还原制备Si/C复合材料及其电化学性能

以累托石为原料,通过镁热还原制备多孔单质硅,然后以葡萄糖为碳源进行热处理覆碳制备Si/C负极材料。采用XRD、BET、SEM、TG分析了镁热还原条件对材料结构的影响,利用电化学工作站和电池充放电测试系统考察了Si/C负极材料的电化学性能。研究表明,累托石镁热还原的多孔硅的孔容、平均孔径、硅含量对Si/C复合材料的电化学性能有重要影响。随着镁热还原过程中金属镁质量的增加,制备的Si/C负极材料的电化学性能先增加后降低,当累托石与金属镁质量比为1∶0. 4时,制备的复合材料电化学性能最佳,在电流密度为0. 1 A/g时,材料首圈比容量最高可达1 120 mAh/g,循环200圈比容量仍能保持555 mAh/g。     

碳/碳复合材料中不同微区的基体结构

为优化碳基体结构,提高碳/碳(C/C)复合材料综合性能,针对沥青基C/C复合材料中纤维束内及纤维束间不同碳基体结构微区,利用显微Raman光谱、原位纳米力学测试、Micro-CT、扫描电镜(SEM)和压汞仪对碳基体结构进行研究。结果表明:碳基体呈片层结构沿纤维、纤维束表面取向堆积排列,在纤维、纤维束表面区域及纤维束之间碳基体中存在一定孔隙、裂纹等缺陷;纤维间基体的石墨化程度是沿着纤维表面向中心区域逐步增强,靠近纤维表面区域基体的弹性模量高于纤维间区域的弹性模量。C/C复合材料中碳基体形成过程存在渐次性和差异性,从而影响C/C复合材料综合力学性能。     

填充剂对二维C／C复合材料室温力学性能的影响

主要研究了在CVI法制备C/C复合材料工艺中,热解炭粉、石墨粉、SiC粉填充二维C/C复合材料的力学性能变化规律,详细分析了加入填充剂前后材料的弯曲强度、拉伸强度、模量及Ⅱ型层间裂纹扩展能的变化机理,研究结果表明：在C/C复合材料中加入这3种填料后均使材料的强度有所下降,但是采用石墨粉及热解炭粉填充二维C/C复合材料可以显著提高复合材料的层间结合性能,由于填充的热解炭粉与基体材料在分子及晶体结构上的相似性,加入热解炭粉填充C/C复合材料使层间结合性能提高最显著,强度损失也最小,并且使材料的弯曲断裂呈现脆性断裂特征。     

一种高性能C/C-SiC复合材料摩擦偶件优化选择研究

采用超声波渗硅技术,经化学气相沉积、硅化处理、浸渍/炭化增密和石墨化处理制备C/C-SiC复合材料.用偏光显微镜、扫描电子显微镜观测其微观组织结构,用X射线衍射仪进行物相分析,用MM一1000性摩擦磨损试验机检测C/C-SiC复合材料分别与C/C复合材料、30 CrSiMoVA钢和铁基粉末冶金材料组成摩擦副的摩擦性能.结果表明:C/C-SiC复合材料中只有C相和13-SIC相,C相的组成为炭纤维、沉积炭和树脂炭同时存在;C/C-SiC复合材料与铁基粉末冶金材料组成的摩擦副的摩擦性能优异,其摩擦因数为0.42,摩擦稳定性为85%,磨损值为3.9 μm/(次·面).     

碳毡体密度对C_f/C复合材料抗弯强度的影响

采用快速化学液相沉积法(RCLD)制备Cf/C复合材料。研究碳毡体密度对Cf/C复合材料抗弯强度的影响;利用应力-应变曲线分析Cf/C复合材料的断裂特征;用扫描电子显微镜观察材料的断面形貌。结果表明:对于沉积工艺相同的试样,Cf/C复合材料抗弯强度随毡体密度的增加而增大;界面结合能力强的材料呈现脆性断裂特征,界面结合适中的材料出现假塑性效应。     

热力氧耦合环境下C/C复合材料的力学性能表征

为了准确表征C/C复合材料在热力氧耦合环境下的力学性能,采用高温试验装置,在不同的预应力与温度条件下对带/不带抗氧化涂层2类典型的C/C复合材料拉伸试验件进行测试.试验结果表明,不同应力水平导致C/C复合材料的损伤可分为扩散控制和反应控制2个阶段.在扩散控制阶段,结构各部分承载的均匀性较好;在反应控制阶段,材料拉伸模量显著下降.当高温下外载荷产生的应变小于等于0.2%时,不带抗氧化涂层C/C复合材料的强度约为带抗氧化涂层C/C复合材料强度的50%.不同温度条件下材料的强度性能变化不显著,但随时间增加,其高温强度逐渐下降.研究结果对于C/C复合材料在飞行环境下的强度设计与评估具有重要的参考价值.     

氧化亚硅/石墨/碳复合材料的制备及其电化学性能

采用高能球磨法和高温焙烧法,以氧化亚硅、石墨和葡萄糖为原料,制备了氧化亚硅/石墨/碳(SiO/G/C)复合材料,研究了其最佳制备条件和电化学性能.结果显示,在氩气中700℃下焙烧2h后所制得的SiO/G/C负极材料在质量比为SiO∶G∶C=34∶51∶15时具有最佳的电化学性能.该复合材料首次放电容量为803.5mAh/g,50周时放电容量仍保持在592mAh/g.XRD结果表明,该复合材料主要组成为SiO、石墨和无定形碳.石墨和无定形碳的添加对SiO的电化学性能有显著改善作用.     

喷雾干燥-碳热还原法制备介孔球形LiFePO4/C正极材料

以聚乙二醇(PEG)为辅助模板剂和碳源,以廉价的三价铁为铁源,采用喷雾干燥-碳热还原法制备了LiFePO4/C正极材料,并对该材料的微观结构及PEG添加量、焙烧温度等对材料结构和性能的影响进行了表征和研究.结果表明:制得的LiFePO4/C材料呈介孔结构,具有漂亮的差级球状形貌、高的比表面积和容量、优异的循环性;PEG...     

湿式C/C制动材料的摩擦特性及其数值模拟

利用多元耦合场CVI工艺将炭毡增密至1.58 g/cm3,再进行树脂浸渍/炭化增密至1.85 g/cm3制备C/C复合材料。测试由其制成的摩擦实验环的湿式摩擦磨损性能,并利用软件建立的有限元模型对2 500 r/min及1.5 MPa时摩擦实验环的温度场分布进行模拟。结果表明:该湿式摩擦材料的摩擦因数在0.07~0.13间波动,当初始转速恒定时,摩擦因数随刹车压力的增大而减小;当刹车压力恒定时,摩擦因数先增大后减小。建立了C/C复合材料湿式制动过程模型,通过模拟获得了制动盘的各个部位温度场在本模拟研究中呈岛形分布,最高温度出现在0.875 s,这为制动材料的设计提供了参考。     

内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果

本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型,通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编织C/C材料间的接触热阻,并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明:减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法,但是必须同时考虑由此引起的强度问题;界面接触热阻对热防护效果影响很大,必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护.     

C/C复合材料的浸涂抗氧化性能

采用不同浸渍工艺浸涂C/C复合材料 ,研究了不同浸渍剂浸渍后试样的抗氧化效果 ,以及常压浸渍和抽真空 加压浸渍对C/C复合材料抗氧化性能的影响 .研究结果表明 :材料浸渍磷酸盐后其抗氧化性能可得到明显改善 ,用磷酸盐加压浸渍是提高C/C复合材料抗氧化性能的一种有效途径 ;常压浸渍处理时 ,在所使用的 3种浸渍溶液 (A溶液、Z溶液、M溶液 )中 ,经Z溶液处理的试样其抗氧化性最好 ;浸渍了A溶液、Z溶液的试样的氧化失重曲线 ,其最佳抽真空 加压浸渍压力分别为 0 .8,1.2MPa .     

高导热碳/碳复合材料的制备

以中间相沥青和中间相沥青基碳纤维为原料, 采用碳布热压法、液相浸渍法制备了二维和三维高导热碳/碳复合材料, 且所制得复合材料的热导率分别高达443和340 W/(m·K). 依据碳/碳复合材料的热导率模型, 分析了不同结构特征参数对材料热导率的影响. 结果表明, 基体碳热导率、孔隙率以及界面相厚度均会在一定程度上影响材料的导热性能.     

聚丙烯/ZnO复合材料的力学性能及热性能

研究了ZnO体积分数和界面对复合材料力学性能和热性能的影响规律,为导热复合材料制备过程中基体与填料配比的选择、合适的填料表面处理方法以及实现力学性能与热性能的兼顾提供了指导依据。研究结果表明:当φ(ZnO)20%时,填料的加入有利于全面提高复合材料的力学性能和热性能;NDZ-132偶联剂的加入有助于改善聚丙烯/ZnO复合材料的热性能与力学性能,但是界面强度过大会使材料呈现脆性,冲击性能略有下降。加入大分子偶联剂相当于在填料表面增加一个柔性层,有利于提高材料的冲击性能,但是不利于热能在材料内部传递。随着NDZ-132偶联剂质量分数的增加,复合材料的导热性能、拉伸及弯曲性能都呈现出先增加后降低的趋势;当偶联剂质量分数约为1.5%时,复合材料性能达到最佳值。     

一种新型硅碳复合薄膜材料作为锂离子二次电池负极材料的研究

利用气相沉积技术,制备了Si_xC_y层和C层相间的硅碳复合薄膜材料。XRD测试和Raman光谱测试表明, 该硅碳复合薄膜材料具有纳米微晶结构。电化学性能测试表明,该Si_xC_y/C复合薄膜材料,具有较低的充放电平台(0.5V以下), 对应的首次放电容量达1200mAh/g以上, 经过200次循环, 容量保持率高于85%。Si_xC_y/C复合薄膜材料性能的改善,主要原因可能源于活性材料Si中的缓冲骨架以及碳的共同作用,它们的存在改善了复合材料的导电性能,也有效缓冲了在充放电过程中活性组分Si所导致的体积变化。     

Sb_4O_5Cl_2/RGO/C复合材料的溶剂热制备及其储锂性能测试

以葡萄糖为氧化石墨烯(GO)的还原剂和碳源,采用溶剂热法制备得到了Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料,并首次将其用于锂离子电池负极材料进行充放电性能测试.结果表明,Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料具有较高的可逆比容量和良好的循环性能,首次可逆比容量达636mAh·g-1,60次循环之后可逆容量仍保持在334mAh·g-1.同时,分别在100,200,500和1 000mA·g-1电流密度下进行充放电性能测试,可逆比容量分别为349,282,232和180mAh·g-1,呈现出较好的倍率性能.     

新型碳酚醛中的辐射热激波衰减特性

采用PVDF压电测量技术,在“闪光Ⅱ号”脉冲电子束加速器上,进行了新型碳酚醛复合材料（C/PH）的热激波传播实验研究;利用波传播过程中的渐进近似理论所推导出的波传播衰减公式,对C/PH材料中的脉冲波衰减进行了理论分析.结果表明：在电子束能通量为312～531 J/cm^2和电子平均能量为0.422～0.697 MeV条件下,对厚度为4 mm的碳酚醛靶而言,其热激波应力峰值为0.807～2.223 GPa;热激波在靶中的衰减与波的强度和脉冲宽度有关,对于强度相同的热激波,脉冲持续时间越短,热激波的衰减则越快;对于脉冲宽度一定的热激波,热激波的强度越高,则其衰减越快.实验结果和解析公式具有较好的一致性.