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.     

三维炭纤维预制体孔隙模型与气体传质计算

通过建立三维正交结构炭纤维预制体宏观孔隙网络结构几何模型和化学气相渗透（CVI）工艺过程中反应气体在孔隙网络中的数学传质模型，研究预制体的孔隙网络结构对CVI工艺过程中气体的比渗透率和复合材料最终致密度的影响。研究结果表明：三维正交结构炭纤维预制体的宏观孔隙结构在空间上可以看成是由呈周期性排列的体心立方“晶胞”构成：X,Y和Z3个方向纤维束直径大小及比例关系决定三维正交结构炭纤维预制体宏观孔隙网络的结构和形状，也是决定反应气体在孔隙中的比渗透率和复合材料最终致密度的重要因素；当X,Y和Z3个方向纤维束直径的比例关系一定时，不同预制体在CVI增密过程中比渗透率随孔隙率变化的趋势相同；复合材料的最终致密度一定；比渗透率随纤维束直径增大而略有增大。     

冷黏成球密实时间对碳酸化钢渣球形骨料性能影响

以冷黏成球法制备的碳酸化钢渣球形骨料为研究对象,分析了密实时间对钢渣球形骨料性质及碳酸化反应程度的影响.测试了不同密实时间下球形骨料碳酸化前后的表观密度、吸水率及孔隙率的变化规律,通过XRD、TG-DTG、MIP等手段分析不同密实时间下球形骨料物相变化、碳酸化程度、孔结构的变化,结果表明:采用冷黏成球工艺制备钢渣球形骨料时,密实时间对钢渣球形骨料的表观密度影响很小,但球形骨料的吸水率随密实时间的增加下降明显.当密实时间从5 min增加到30 min时,碳酸化前后球形骨料的吸水率分别下降了29.5%和26.0%.钢渣球形骨料的强度主要来源于碳酸化反应,且球形骨料的碳酸化反应程度和强度随密实时间的增加而下降.碳酸化前吸水率为14.86%的球形骨料碳酸化后强度最高,为6.1 MPa,达到同等粒径天然碎石强度的41%.碳酸化的过程是由外向内进行的,球壳的碳酸化反应程度高于球心,且碳酸化前球壳越致密,球心的碳酸化反应程度越低.     

石墨化与孔隙率对ZIF-8衍生N掺杂多孔碳微波吸收特性的增强机制调控研究

随着无线通信技术的普及，电磁污染等问题日益严重。因此，迫切需要开发高效的微波吸收剂来避免电磁污染。在众多微波吸收剂中，多孔碳基材料由于具有密度低、介电损耗高等优点得到了研究人员的青睐。然而，多孔碳基材料石墨化程度和多孔结构对介电常数的影响以及内在竞争机制目前尚不明确。本文旨在利用Zn的低沸点性质，在不同温度下对ZIF-8 (Zn)进行炭化，制备多孔N掺杂碳，并对其微波吸收性能进行研究。结果表明，多孔N掺杂碳继承了ZIF-8前驱体的高孔隙率。随着炭化温度的升高，Zn和N元素含量降低；石墨化程度提高；比表面积和孔隙率先增大后减小。当炭化温度为1000℃时，多孔N掺杂碳具有最优异的微波吸收性能。当厚度为1.29 mm时，最小反射损耗在16.95 GHz时达到了?50.57 dB，有效吸收带宽为4.17 GHz。微波吸收提高的机理是石墨化和孔隙率以及N掺杂剂的竞争，使其具有较高的介电损耗能力和良好的阻抗匹配。同时，多孔结构延长了微波与多孔碳的接触路径，提高了微波与多孔碳的接触面积，提高了界面极化和改善了材料的阻抗。此外，N掺杂能诱发电子极化和缺陷极化。这些结果为通过调节石墨化和孔隙率来制备轻量化碳基微波吸收剂提供了新的思路。     

一种三维四向碳/碳复合材料的微观结构与力学性能

采用轴棒法编织三维四向碳纤维预制体。经高压沥青浸渍碳化致密化工艺(HIPIC)处理后,该预制体被制成高密度三维四向碳/碳(C/C)复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)对其微观结构和断面形貌进行分析;采用拉伸、压缩和三点弯曲等试验方法对其力学性能进行测试。结果表明:轴棒法编织的三维四向C/C复合材料致密均匀,力学性能良好;断口的扫描电子显微镜图片表明复合材料的破坏方式以假塑性断裂为主。     

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.     

碳/碳复合材料制备方法及其新理论

对制备碳 /碳复合材料的各种方法和过程作了评述 ,包括予制体成型 ,致密化处理 ,液相浸渍工艺 ,化学气相沉积工艺等 ,重点介绍了由德国Karlsruhe大学研究组提出的已为实验所验证的、新的碳沉积理论 ,最后对碳 /碳复合材料在各民用领域的应用趋向作了乐观的展望     

碳/碳复合材料制备方法及其新理论

对制备碳/碳复合材料的各种方法和过程作了评述,包括予制体成型,致密化处理,液相浸渍工艺,化学气相沉积工艺等,重点介绍了由德国Karlsruhe大学研究组提出的已为实验所验证的、新的碳沉积理论,最后对碳/碳复合材料在各民用领域的应用趋向作了乐观的展望.     

皮革废料焦的结构与CO_2气化特性实验研究

利用孔隙率及比表面积分析仪、扫描电镜、热天平和X射线衍射仪分别对真皮皮革废料焦的结构特性、气化特性和碳微晶结构特性进行了表征分析。研究结果表明:皮革废料热解后形成的焦孔隙结构发达,其总孔容积和比表面积分别是锡林浩特褐煤焦的7倍和19.4倍;皮革废料焦的碳微晶结构高度有序化,石墨化度达98.26%;皮革废料焦气化起始温度约为921℃;升温速率对皮革废料焦与CO2气化反应影响明显,随着升温速率的提高,气化反应的平均表观活化能降低;皮革废料焦气化活性低于锡林浩特褐煤焦。虽然皮革焦具有较高的孔隙率和比表面积,但碳微晶结构的高度石墨化导致了皮革废料焦本征反应活性较低。在皮革废料焦中添加锡林浩特褐煤焦可提高混合焦样的气化活性。     

快速液相沉积法碳/碳复合材料的致密化工艺

概述了最近几年课题组在低成本快速液相沉积（rapid liquid-phase deposition)碳／碳复合材料致密化工艺技术研究方面的工作。内容包括：快速液相沉积致密化工艺原理、致密化工艺过程的设计、工艺参数的计算化学理论确定方法，以及用该工艺制备的碳／碳复合材料及其观结构研究。     

毡体密度对C/C复合材料增密和结构的影响

用液化石油气作碳源、针刺炭毡作增强体,在自行设计的多元耦合物理场CVI炉中制备炭/炭(C/C)复合材料,在毡体内部设置石墨纸作发热体,并研究了一次性沉积15 h后,毡体密度对增密速度和材料结构的影响.采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构,用XRD均峰位法研究了材料的石墨化度,并用排水法测量材料的表观密度.研究表明, CVI工艺增密速度随毡体密度的增加呈下降趋势,而较高的毡体密度有利于获得较高石墨化度的高织构的粗糙层结构(RL)热解炭.图4,参15.     

准三维C/C复合材料的压缩性能及其破坏机理

以炭纤维针刺毡为预制体,分别采用CVI法和CVI与结合液相法相结合的方法制备热解炭、树脂炭和沥青炭基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的压缩性能及其破坏机理。研究结果表明:压缩强度随致密度提高而增大;炭基体对压缩强度的影响从大到小依次为CVI炭,树脂炭和沥青炭;树脂炭的垂直压缩强度与CVI炭的垂直压缩强度相近,两者都高于沥青炭;3类基质炭试样的压缩破坏均表现为韧性断裂方式,其中平行压缩主要以分层劈裂的方式破坏,致密度较低的试样垂直压缩呈现出压溃破坏,致密度较高的试样垂直压缩表现为剪切破坏或分层破坏。     

发泡条件对炭泡沫孔泡结构的影响

以AR中间相沥青为原料,在中间相沥青裂解行为的基础上,利用自发泡工艺制备了中间相沥青基炭泡沫.重点研究了发泡过程中形核温度、初始压力以及固化温度对炭泡沫孔泡结构的影响规律.结果表明:随着形核温度的升高,炭泡沫的孔径变大,开口孔隙率升高.随着初始压力的升高,炭泡沫的孔径减小,开口孔隙率降低.随着固化温度的提高,炭泡沫的孔泡结构由椭圆形变为圆形,开口孔隙率升高.     

化学液相沉积法制备碳/碳复合材料时的温度场研究

根据制备过程中碳纤维骨架内煤油发生相变时的气液两相流动与传热传质、预制体对煤油的导热以及碳纤维多孔介质内的传热传质性质,建立了描述碳纤维骨架内温度场分布与相变特性的数学模型.对采用感应加热方式、直径为70 mm的顸制体在汽化温度为453.15 K时的制备过程进行了数值研究,得到了骨架内温度场随时间的变化.给出了不同时刻的温度场分布、径向温度随时间的变化规律,以及相变过程含气率沿径向的分布.将计算所得的电加热功率与制备过程中实际的电加热功率进行了比较,二者较为接近,验证了所建数学模型的可靠性.     

雾化喷射沉积成形中沉积体内的凝固过程（Ⅱ）——Al—Cu合金的计算

根据已知的喷射沉积成形沉积体内的凝固模型，地典型的Ａｌ－Ｃｕ合金进行了计算分析，结果表明，工艺参数和材料的热物性对沉积体内的凝固过程有明显影响，在沉积质力学条件（沉积前雾化锥的热力学状态）相同的情况下，沉积表面的温度随工艺参数和热物性发生显著变化。     

用硅钼棒高温加热工艺制作光纤的研究

在传统光纤工艺的基础上,提出了一种新的加热方法沉积光纤预制棒,并对其进行了理论分析和实验研究.结果表明这种工艺方法能够均匀反应沉积SiO2粉末,制备优质光纤预制棒.     

炭泡沫中Si含量对碳化硅多孔陶瓷 组织和性能的影响

研究炭泡沫预制体中Si添加量的变化对碳化硅多孔陶瓷的组织及性能的影响. 以中间相沥青添加一定质量分数的Si粉为原料,经发泡工艺制备含Si的炭泡沫预制体并结合反应烧结工艺制得碳化硅多孔陶瓷. 对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、相组成、孔隙率、孔筋密度和抗弯强度进行分析与测试. 结果表明:随着炭泡沫预制体中Si量的增加,碳化硅多孔陶瓷的孔隙率下降,孔筋密度增加,抗弯强度提高. 当Si的质量分数为50%时,多孔陶瓷孔筋完全由SiC相组成,孔筋密度为3.14g/cm3,多孔陶瓷的抗弯强度达到23.9MPa,对应孔隙率为55%.     

西辽河平原不同玉米品种农艺性状对种植密度的响应

以西辽河平原主推品种郑单958、先玉335、金山27和伟科702为试验材料,研究玉米农艺性状对种植密度的响应.结果表明,随着玉米种植密度增加,4个品种的株高和穗位高均先升后降,在密度9.0万株/hm2时达到最大.株高以先玉335最高,其它3个品种差异不大.穗位高金山27最高,伟科702最低.穗位节节间先玉335最长,其它3个品种相差甚微.各品种茎粗均随种植密度增加而减小.     

碳纳米管阵列储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法,在室温、100大气压下对以方阵和三角方式排列的碳纳米管阵列的物理吸附储氢进行计算机模拟,发现氢分子可被吸附于碳纳米管阵列的管内和管外,管外的储氢密度普遍高于管内,方阵阵列优于三角阵列,并给出了相应的理论解释。     

Transport and deposition of nanoparticles in bend tube with circular cross-section

Transport and deposition of nanoparticles in bend tube with circular cross-section were simulated numerically for different Reynolds numbers and Dean numbers. A finite-volume code and the SIMPLE scheme were used to solve the equations. The results show that the distribution of nanoparticle concentration is symmetrical with respect to the top and bottom sides of the tube. The diameter of nanoparticles has a weak effect on the distribution of nanoparticle concentration. The maximum and minimum of the deposition enhancement factor occur near the outside and inside walls of the bend tube, respectively. The higher the Reynolds number is, the shorter the time for nanoparticle deposition is. The bend curvature radius has a slight effect on the deposition enhancement factor.