化学液相气化沉积C/C复合材料的性能研究

在不加和加入催化剂的条件下,采用化学液相气化沉积工艺分别在1000℃-10 h及900℃- 8 h内制备出密度为1.67 g/cm~3的大尺寸(φ110 mm×25 mm)C/C复合材料．不加催化剂制备的C/C复合材料主要以粗糙层为主,锥状结构明显,呈脆性断裂模式;在加入催化剂的条件下,由于催化荆的存在能够增加C沉积时的形核点,降低C沉积温度,缩短沉积时间,所以制备的C/C复合材料均匀性增加,组织结构主要为光滑层和各向同性组织,断裂方式为台阶式假塑性断裂．热处理后两种材料的弯曲强度和模量都降低,石墨化度增加,而不加催化剂制备的复合材料的力学性能和石墨化度都高于加入催化剂条件下制备的复合材料．     

化学液相气化沉积制备C／C复合材料工艺及性能研究

在不加和加入催化剂的条件下，采用化学液相气化沉积工艺分别在1000℃、10h及900℃、8h内制备出密度为1．67g／cm。的大尺寸（Φ110mm×25mm）C／C复合材料．不加催化剂制备的C／C复合材料主要以粗糙层为主，锥状结构明显，呈脆性断裂模式．在加入催化剂的条件下，由于催化剂的存在能够增加C沉积时的形核点，降低C沉积温度，缩短沉积时间，所以制备的C／C复合材料均匀性增加，组织结构主要为光滑层和各向同性组织，断裂方式为台阶式假塑性断裂．热处理后两种材料的弯曲强度和模量都降低，石墨化度增加．不加催化剂制备的复合材料的力学性能和石墨化度都高于加入催化剂条件下制备的复合材料．[第一段]     

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。     

循环压制对喷射沉积7075/SiCp致密化的影响

采用循环压制工艺对多层喷射沉积大尺寸7075/SiCp复合材料(高度H>140mm)进行了致密化加工.研究了循环压制工艺对复合材料沉积坯和挤压坯密度及显微组织的影响规律,测试了复合材料的力学性能.结果表明,循环压制过程中在大的静水压力和剪切应力的共同作用下,复合材料中大部分孔洞逐渐被拉长闭合,致密化效果良好.沉积坯多次循环压制后,SiC颗粒取向平行于基体金属流动方向.挤压坯二道次压制后SiC颗粒破碎明显,分布得到改善,强度可以达到600 MPa以上.     

沥青基C/C复合材料的致密规律

对采用液相浸渍 -碳化工艺、在不同碳化压力条件下 (0 .1MPa、40MPa、80MPa和 10 0MPa)制备的 2D沥青基C/C复合材料的致密规律进行了研究 ,发现制件密度与浸渍 -碳化工艺循环次数联系 ,并提出了复合材料密度变化规律的数学表达式 ,该表达式可以用来对复合材料制件的密度进行预测 ,并可为C/C复合材料制备试验方案的可行性分析与制订提供理论依据     

液相法制备炭/炭复合材料的显微结构

采用光学显微镜和扫描电子显微镜对用液相法制备的3种单向纤维增强炭/炭复合材料的显微结构进行了观察和分析.这3种炭/炭复合材料分别采用纯沥青作基体和沥青加焦炭粉、树脂加焦炭粉作预浸初基体制得.在热压成形初坯体内,收缩的微裂纹沿纤维轴向与外界相通,可被再浸渍填充,而孔洞则大多与外界隔绝,不能被再浸渍填充.实验结果表明焦炭填充料的添加改变了复合材料的显微结构,可调整炭/炭复合材料的纤维体积分数,减少气孔的形成,有利于再浸渍致密化;它还扰乱基体层状结构组织,导致其围绕焦炭粉颗粒呈紊乱状态.     

定向气流TG-CVI法快速致密化盘状 C/C复合材料工艺

C/C复合材料因其特异性能在航空航天、武器装备等领域得到了广泛应用.但其制备过程中致密化周期很长导致成本居高不下,限制了C/C复合材料在众多领域的应用.采用定向气流温度梯度气相渗透(TG-CVI)快速致密化方法制备盘状C/C复合材料,并对其致密化行为和致密化工艺进行研究.结果表明:定向气流TG-CVI法能有效抑制气相沉积过程中C/C复合材料表面"结壳"现象,实现盘状C/C复合材料的逐层快速致密化,是制备盘状C/C复合材料较为理想的工艺.在1 080℃下,只需沉积67 h,C/C复合材料的密度就可达到1.8 g/cm~3,热解碳结构全部为粗糙层结构(RL).     

碳对B4C的烧结行为及显微结构的影响

研究碳添加量对富硼Ｂ４Ｃ粉末常结性能的影响，本文利用Ｘ射线衍射仪、光学、扫描电镜对烧结体的成分、显微结构进行分析。实验结果表明，添加碳不仅可提高烧结体的致密度，而且可细化晶粒，改善气孔的数量、形态和分布。当添加１１％碳的粉末在２１５０℃烧结时，得到密度≥９５％的理论密度（ＴＤ）的致密体。通过对烧体的化学成分及显微结构分析表明，碳与富硼Ｂ４Ｃ粉末之间的固溶反应，引起Ｂ４Ｃ粉末颗粒重排、活度提高、物质     

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.     

定向脉冲气流TG-CVI法致密C/C复合材料工艺及性能

以液化气为碳源前驱体,氮气为稀释气体,采用定向脉冲气流TG-CVI法,对初始密度为0.14 g·cm^－3的普通碳毡进行致密化处理.研究在不同试验条件下C/C复合材料的致密化过程和密度分布,借助偏光显微镜观察其微观组织,扫描电子显微镜观察其断口形貌,采用三点弯曲法测定C/C复合材料的抗弯强度.结果表明:在热端温度为1 080 ℃、脉冲压力为－3~0 kPa的条件下,经70 h致密化,C/C复合材料的表观密度可达1.836 g·cm^－3,且密度分布均匀;组织为粗糙层(RL)和光滑层(SL)的混合型组织;试样断口形貌呈渐变的锯齿状分布,纤维以拔出为主,表现为假塑性断裂特征,抗弯强度为83.91 MPa.     

C/C复合材料及高强石墨的滑动摩擦磨损行为

在M 2000环 块摩擦试验机上测试了C/C复合材料及当前拟用作航空发动机主轴密封环材料的高强石墨的摩擦磨损行为.对材料试样在荷载为60,80,100,120和150N时的摩擦磨损行为进行研究,得出:高强石墨材料试样摩擦因数为0.22～0.24,而C/C复合材料试样摩擦因数仅为0.08～0.12.在80N时,2号试样体积磨损量达10.09×10-4cm3/次,而3号试样体积磨损量仅为1.36×10-4cm3/次;C/C复合材料与高强石墨材料相比摩擦因数低且稳定,磨损量小.这表明C/C复合材料比高强石墨材料更适合用作航空发动机主轴密封环.     

C/C复合材料的体积密度和石墨化度对硬度的影响

测试了几组典型的不同体积密度和石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度值,研究了C/C复合材料的体积密度和石墨化度与其硬度特性的关系.结果表明:相同石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度随其体积密度的增加而增加,相同体积密度的C/C复合材料洛氏硬度随其石墨化度的增加而降低;C/C复合材料体积密度对硬度的影响随其石墨化度的增加而减小;对体积密度为1.75～1.85g/cm3的C/C复合材料,可据其洛氏硬度的范围大致判断其石墨化度的范围;对一定体积密度和热处理温度的C/C复合材料,可通过洛氏硬度判断基体炭的微观结构特点.     

低成本快速液相沉积法碳／碳复合材料的致密化工艺项目通过省级专家鉴定

我校化学系王惠副教授主持的陕西省教育厅重大产业化培育项目——低成本快速液相沉积法碳／碳复合材料的致密化工艺项目，于2006年2月28日顺利通过了陕西省科学技术厅组织的专家鉴定。鉴定委员会的7位专家认真听取了该项目的工作报告和技术报告，审查了彬碳复合材料力学性能的测试结果报告和与研究有关的查新报告，一致认为该成果利用量子化学理论计算方法，对液相沉积碳源化合物裂解产生沉积碳的反应机理进行了系统研究，确定了环己烷沉积碳的最佳反应通道，并且自行设计了结构简单、流程可控的液相沉积装置，实现了碳／碳复合材料的快速制备，其理论研究水平达到国际先进水平，并建议与企业结合，尽早实现产业化。彬碳复合材料自问世以来，首先应用在航空、航天等军事领域。     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

自催化化学沉积Ni-P合金的晶化行为及性能

对化学沉积Ni-P合金层的低温回火晶化处理进行了研究，分析了合金成分、晶化温度及时间对晶化行为和镀层硬度的影响.     

晶化温度对Al-SBA-15复合材料结构的影响

采用水热直接合成法制备了介孔分子筛Al-SBA-15复合材料,详尽地考察了晶化温度对其结构的影响,并利用N2吸附、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段进行了表征.研究发现,随着晶化温度的升高:Al-SBA-15复合材料的结构有序性增强,晶胞参数和平均孔径逐渐增大;比表面先增大后减小,100℃晶化样品比表面最大(611 m2/g);孔容亦是先增后降,120℃晶化样品达最大值(1.01 cm3/g);晶化温度较低时,其对壁厚的影响不甚明显,但温度过高时,则壁厚显著降低(40～100℃晶化壁厚约5 nm,140℃晶化时则锐减至1.15 nm),同时结构有序性变差.     

粘结剂对C/C复合材料 抗氧化涂层性能的影响

通过对几种粘结剂对飞机刹车副用C/C复合材料抗氧化涂层的抗氧化性能的影响规律及其作用机理的研究,发现不同的粘结剂对涂层最终抗氧化性能有很大的影响,其中以硅溶胶及磷酸盐为粘结剂的涂层具有良好的抗氧化性能,二者各自在一定温度范围内有最佳的抗氧化效果．在900℃,4h静态氧化试验时最佳抗氧化效果是以硅溶胶作为粘结剂的试样,样品失重率不超过1%(质量分数);而在700℃,4h时以磷酸盐为粘结剂的试样,其静态氧化失重率不超过0.37%(质量分数);在试验中涂层保持完整,表明涂层具有较好的抗热震性能．     

TiC/316L复合材料的致密化和力学性能试验

采用真空烧结法制备出TiC颗粒增强316L不锈钢复合材料.通过对试样进行光学显微分析并测定其相对密度和拉伸性能,研究了增强相含量和模压压力对复合材料的致密化和拉力学性能的影响,并对断口形貌进行分析.结果表明:添加TiC颗粒有利于复合材料的烧结致密化;TiC颗粒的体积分数对复合材料的拉力学性能有较大影响,当TiC的体积分数从0%增加到10%时,复合材料的抗拉强度从543MPa提高到655MPa,而断裂应变却从0.325减至0.052;在较低的模压压力下,提高模压压力有利于复合材料的相对密度、抗拉强度的增加;但过高的模压压力会使试样在烧结后残余封闭孔隙,降低复合材料的塑性性能和抗拉强度.当模压压力为500MPa时,可得到相对密度高、组织致密、增强相颗粒分布均匀、拉伸性能良好的复合材料.     

铝膜沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响

采用磁控溅射(Magnetron Sputtering,MS)方法,研究了不同的退火温度及铝的沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)对不同温度沉积的铝薄膜表面结构及形貌进行了分析;并利用光学显微镜,拉曼散射仪(RAMAN)对退火后的薄膜表面形态和结构进行了分析.实验结果表明:适当温度退火可以有效提高对非晶硅的诱导作用,提高铝膜的沉积温度对于非晶硅薄膜晶化有促进作用;在650℃的退火温度下增加铝的沉积温度可显著提高非晶硅的晶化效果.     

SiC涂层C/C复合材料应力氧化失效行为

在氧化性气氛(21% O2 79% Ar)、不同拉应力下研究SiC涂层C/C复合材料在1 000 ℃和1 300 ℃的氧化失效行为;采用扫描电镜观察SiC涂层C/C复合材料氧化失效后的断口形貌.试验结果表明:当温度为1 000 ℃,拉应力由C/C复合材料拉伸强度的20%增加至50%时,SiC涂层C/C复合材料的应力氧化明显加剧,寿命由大于5.00 h缩短到2.92 h,应力对SiC涂层C/C复合材料的寿命有显著影响;当拉应力为C/C复合材料拉伸强度的50%,温度为1 000 ℃和1 300 ℃时,材料均在低温区断裂,应力氧化寿命分别为2.92 h和2.62 h,温度对应力氧化寿命的影响不明显;应力氧化失效以纤维的氧化失效为主,外加拉应力起促进作用.