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预制体结构对C/C复合材料力学性能、断裂行为以及热物性能的影响 被引量:9
1
作者 庞生洋 胡成龙 +1 位作者 杨鸷 汤素芳 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期97-107,共11页
采用电耦合化学气相渗(Electric-coupling chemical vapor infiltration,E-CVI)工艺制备了C/C复合材料,系统研究了增强体类型、铺层方向对C/C复合材料力学性能、断裂行为和热物理性能的影响。结果表明,以碳毡作为增强体的C/C复合材料具... 采用电耦合化学气相渗(Electric-coupling chemical vapor infiltration,E-CVI)工艺制备了C/C复合材料,系统研究了增强体类型、铺层方向对C/C复合材料力学性能、断裂行为和热物理性能的影响。结果表明,以碳毡作为增强体的C/C复合材料具有最差的力学性能;无纬布C/C和斜纹布C/C随着铺层秩序从0°/0°、0°/90°变化到0°/45°,其拉伸强度、弯曲强度和模量依次降低。在拉伸载荷下,0°/0°无纬布C/C的断裂行为主要表现为0°纤维束的拔出和断裂;0°/90°无纬布C/C表现为90°纤维层的界面脱粘和基体开裂,以及0°纤维束的拔出与断裂;0°/45°无纬布C/C表现为纤维与基体沿着±45°和90°纤维层的界面脱粘与基体开裂,以及±45°和0°纤维束的拔出。纤维预制体对C/C复合材料力学性能的影响主要取决于加载方向的纤维含量和取向、孔隙分布以及纤维束之间的界面结合。对于热物理性能,0°/90°无纬布C/C具有最小的热膨胀系数,碳毡C/C最大;0°/45°无纬布C/C具有最高的热导率,碳毡C/C最小;0°/90°无纬布C/C具有最大的TSR值。纤维预制体对C/C复合材料热物理性能的影响主要依赖于测量方向上纤维含量和取向,以及热解炭片层的取向。 展开更多
关键词 碳纤维预制体 C/C复合材料 电耦合CVI 力学性能 断裂行为 热物理性能
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X射线实时成像技术在炭纤维预制体及其复合材料中的应用 被引量:4
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作者 陈腾飞 刘磊 +2 位作者 徐惠娟 刘杰 卢超 《金属材料与冶金工程》 CAS 2011年第1期39-41,共3页
炭纤维预制体及其复合材料在制备和使用过程中可能产生不同程度的缺陷,对其进行无损检测非常重要。本工作采用X射线实时成像技术对炭纤维预制体及炭/炭复合材料进行无损检测。结果表明:X射线实时成像技术对炭纤维预制体中可能存在的缺... 炭纤维预制体及其复合材料在制备和使用过程中可能产生不同程度的缺陷,对其进行无损检测非常重要。本工作采用X射线实时成像技术对炭纤维预制体及炭/炭复合材料进行无损检测。结果表明:X射线实时成像技术对炭纤维预制体中可能存在的缺陷和夹杂以及炭/炭复合材料的结构均匀性进行无损检测是有效的。炭纤维预制体中存在锥状断针和局部结构疏松缺陷,采用X射线实时成像技术分析得到的密度分布与取样实测的密度分布结果相吻合,这为炭/炭复合材料制备过程中的无损检测提供了快速、可靠手段。 展开更多
关键词 X射线实时成像技术 炭纤维预制体 炭/炭复合材料 缺陷
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均匀温度场内碳纤维预制体热量传递过程研究 被引量:3
3
作者 王一奇 王文莉 +3 位作者 卜聪 侯晓峰 高航 徐福泉 《纤维复合材料》 CAS 2021年第2期24-28,共5页
温度是热隔膜成型过程中一个重要的控制参量,决定了碳纤维预浸料的流动性和变形能力,最终会影响到零件的成型质量和使用性能。因此,本文利用有限元软件建立了碳纤维预制体受热分析模型,得到了预制体在热对流作用下内部的温度分布及热量... 温度是热隔膜成型过程中一个重要的控制参量,决定了碳纤维预浸料的流动性和变形能力,最终会影响到零件的成型质量和使用性能。因此,本文利用有限元软件建立了碳纤维预制体受热分析模型,得到了预制体在热对流作用下内部的温度分布及热量传递特点,同时进行了加热固化实验。研究了温度对预制体内部孔隙缺陷的影响,以期生产以L型件为特征的复合材料构件提供有利的前提条件和技术指导。 展开更多
关键词 碳纤维预制体 热对流 温度分布 预成型质量
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Cf/Al复合材料异形件预制体制备及其力学性能研究 被引量:2
4
作者 陈宝林 周计明 +2 位作者 韩立军 王建成 齐乐华 《精密成形工程》 2020年第3期88-94,共7页
目的解决铝基复合材料异形件形状特征复杂,对良好的抗拉和抗剪切等使用性能有较高要求,制备难度较大等问题。方法提出了"铺层-缠绕-缝合"碳纤维异形件预制体制备方法,设计了直接式缝合、插销式缝合、整体式缝合3种成形方案,... 目的解决铝基复合材料异形件形状特征复杂,对良好的抗拉和抗剪切等使用性能有较高要求,制备难度较大等问题。方法提出了"铺层-缠绕-缝合"碳纤维异形件预制体制备方法,设计了直接式缝合、插销式缝合、整体式缝合3种成形方案,通过理论计算分析不同方案预制体的力学性能;在此基础上,采用液固高压成形Cf/Al复合材料异形件,并通过断口形貌、微观组织以及致密度的分析,解释了其力学性能提升的原因。结果根据较佳的预制体成形方法,成功制备了预制体和复合材料异形件;异形件内部未发现气孔、微裂纹等缺陷,Cf/Al复合材料拉伸强度达278MPa,较基体提高了114%。结论整体缝合法为较佳的预制体成形方案,可使构件具有较高的连接强度和定位精度;复合材料内部浸渗良好,致密度达98.59%,故该复合材料的力学性能较铝合金基体提升较多。 展开更多
关键词 碳纤维预制体 纤维缝合 铝基复合材料 异形件
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三维织造预制体微观结构及致密化 被引量:2
5
作者 黄成杰 杨敏 +2 位作者 李红 任慕苏 孙晋良 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期104-111,共8页
碳纤维预制体是碳/碳材料的骨架,致密化过程中,基体碳填充预制体孔隙形成碳/碳复合材料。为探索碳纤维预制体微观结构与致密化的关系,以3种三维织造预制体为研究对象,通过金相显微镜观察预制体微观结构,建立预制体理论结构数字化模型,... 碳纤维预制体是碳/碳材料的骨架,致密化过程中,基体碳填充预制体孔隙形成碳/碳复合材料。为探索碳纤维预制体微观结构与致密化的关系,以3种三维织造预制体为研究对象,通过金相显微镜观察预制体微观结构,建立预制体理论结构数字化模型,计算对比孔隙率情况后获得预制体中不同类型孔隙的体积含量,研究孔隙结构对化学气相沉积致密化效率的影响。研究结果表明:三维织造预制体中孔隙呈周期性重复排列,XY向纤维层间距、Z向纤维间距越小,预制体中纤维体积含量越高;预制体中孔隙主要由纤维束内孔隙和X,Y,Z向纤维束包围的束间孔隙构成;预制体中的孔隙大小和分布影响致密化效率,孔隙率高的预制体在致密化前期增密速率快,孔隙结构均匀的预制体在致密化后期增密速率快。 展开更多
关键词 碳纤维预制体 孔隙结构 孔隙率 CVI致密化 结构模型
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不同预制体结构对低密度保温材料性能的影响 被引量:1
6
作者 白鸽 康媛媛 +3 位作者 张永辉 代丽娜 井蕊璇 胡沛玮 《炭素》 2022年第2期3-7,共5页
通过设计、制备三种不同结构类型的炭纤维预制体,利用化学气相沉积、表面涂层等工艺获得低密度保温材料制品,并对不同结构的制品进行体积密度、导热性能及力学性能的表征,结果表明,利用整体式Ⅱ结构炭纤维预制体获得的低密度保温材料制... 通过设计、制备三种不同结构类型的炭纤维预制体,利用化学气相沉积、表面涂层等工艺获得低密度保温材料制品,并对不同结构的制品进行体积密度、导热性能及力学性能的表征,结果表明,利用整体式Ⅱ结构炭纤维预制体获得的低密度保温材料制品的体积密度为0.33 g/cm3,导热系数为0.16 W/m·K(室温),平均拉伸强度为17.44 MPa,平均弯曲强度为16.30 MPa,综合性能表现最为优异。 展开更多
关键词 炭纤维预制体 低密度保温材料 导热系数
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用溶胶-凝胶法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝基复合材料的研究 被引量:9
7
作者 谢征芳 肖加余 +3 位作者 陈朝辉 王兴业 郑文伟 江大志 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 1998年第5期14-18,共5页
本文研究了溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝(Al2O3)基复合材料的成型工艺及其力学性能,研究了两种主要起始物Al(NO3)3、AlCl3配制的氧化铝溶胶对复合材料成型工艺和力学性能的影响... 本文研究了溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝(Al2O3)基复合材料的成型工艺及其力学性能,研究了两种主要起始物Al(NO3)3、AlCl3配制的氧化铝溶胶对复合材料成型工艺和力学性能的影响。分别以Al(NO3)3和AlCl3为起始物,制备得到Ⅰ#、I#复合材料。研究表明,以Al(NO3)3为起始物配制的溶胶粘度较小,利于材料的致密化。经过溶胶浸渍、凝胶、裂解13个周期后,Ⅰ#材料的密度和室温三点弯曲强度分别为1.86g/cm3和145.2MPa,而II#材料的密度和室温三点弯曲强度分别为1.63g/cm3和104.1MPa,材料均呈典型的韧性断裂模式。用扫描电子显微镜(SEM)观察试样的断口形貌,发现断口表面有大量的纤维拔出,纤维表现了较好的增韧效果。 展开更多
关键词 碳纤维 三维编织物 氧化铝 陶瓷复合材料
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刚性短切碳纤维预制体和酚醛浸渍碳烧蚀体的制备及性能 被引量:6
8
作者 杨威 贾献峰 +2 位作者 乔文明 凌立成 龙东辉 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期13-18,共6页
以短切碳纤维、热固性酚醛树脂为原料,经真空成型得到短切碳纤维预制体(Fiberform),再以Fiberform为骨架、酚醛树脂溶液为浸渍液,经反应干燥得到酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)。结果表明:Fiberform具有明显的各向异性,当Fiberform的密度由0.13... 以短切碳纤维、热固性酚醛树脂为原料,经真空成型得到短切碳纤维预制体(Fiberform),再以Fiberform为骨架、酚醛树脂溶液为浸渍液,经反应干燥得到酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)。结果表明:Fiberform具有明显的各向异性,当Fiberform的密度由0.13 g/cm^3增大到0.18 g/m^3时,其纵向压缩强度由0.10 MPa增大到0.39 MPa,横向压缩强度由0.33 MPa增大到0.79 MPa。PICA具有酚醛气凝胶/碳纤维复合型结构,其密度可以通过控制酚醛树脂溶液浓度来调节。当PICA的密度由0.27 g/cm^3增大到0.43 g/cm^3,其纵向压缩强度由0.45 MPa增大到2.42 MPa,横向压缩强度由1.36 MPa增大到3.12 MPa。PICA的隔热性能与Fiberform相近,其纵向和横向热导率分别为0.08和0.11 W/(m·K)。 展开更多
关键词 酚醛浸渍碳烧蚀体 短切碳纤维预制体 低密度热防护材料 压缩强度 导热性能
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炭纤维编织物中引入SiC微粉的超声工艺研究 被引量:5
9
作者 郑文伟 陈朝辉 姚俊涛 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期31-34,共4页
为缩短先驱体浸渍裂解制备炭纤维三维编织物(3D-BCf)增强SiC陶瓷基复合材料的工艺周期,在3D-BCf中采用超声浸渍法预先引入SiC微粉。考察了微粉粒度、浆料SiC/无水乙醇(EtOH)质量比等参数对引入SiC微粉体积分数的影响。结果表明,当SiC微... 为缩短先驱体浸渍裂解制备炭纤维三维编织物(3D-BCf)增强SiC陶瓷基复合材料的工艺周期,在3D-BCf中采用超声浸渍法预先引入SiC微粉。考察了微粉粒度、浆料SiC/无水乙醇(EtOH)质量比等参数对引入SiC微粉体积分数的影响。结果表明,当SiC微粉粒度为0.4μm、浆料SiC/EtOH质量比为1∶1时超声浸渍效果最佳,在3D-BCf中引入SiC微粉的体积分数可达到16.4%,预先引入SiC微粉可以缩短材料的致密化周期。 展开更多
关键词 超声浸渍法 炭纤维三维编织物 SIC微粉 陶瓷基复合材料 先驱体浸渍裂解
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烧蚀型面结构对CVI+HPIC工艺制备针刺C/C喉衬等离子烧蚀性能的影响 被引量:4
10
作者 吴小军 杨杰 +2 位作者 郑蕊 张兆甫 杨毅 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期654-660,共7页
以碳纤维无纬布/碳纤维网胎叠层针刺预制体为增强体,经化学气相渗透(CVI)联合沥青高压碳化(HPIC)工艺制备了热解碳+沥青碳双元基针刺C/C喉衬材料,利用X射线断层扫描(μ-CT)和扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构,采用等离子烧蚀试验考察... 以碳纤维无纬布/碳纤维网胎叠层针刺预制体为增强体,经化学气相渗透(CVI)联合沥青高压碳化(HPIC)工艺制备了热解碳+沥青碳双元基针刺C/C喉衬材料,利用X射线断层扫描(μ-CT)和扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构,采用等离子烧蚀试验考察了针刺喉衬材料X-Y纤维铺层面(0°)、Z向针刺面(90°)以及两者间过渡层面(23°、45°和68°)的烧蚀性能。结果表明,采用CVI+HPIC组合工艺能使针刺材料达到高致密态,获得了孔隙率仅为4%的C/C材料,材料内部孔隙呈离散态分布,其中98%的孔隙为小于20μm的小孔。烧蚀结果显示,针刺C/C材料不同区域的烧蚀性能存在差异,从X-Y层面(0°)到Z向针刺面(90°),其耐烧蚀性能呈先增强后减弱的趋势,68°层面耐烧蚀性能最好,线、质量烧蚀率分别为0.056 mm/s、0.050 g/s。烧蚀面纤维的排布是影响烧蚀性能的关键因素,68°层面因形成的尖端烧蚀模式占比较高,表现出最佳的耐烧蚀性能。 展开更多
关键词 针刺预制体 C/C复合材料 烧蚀率 微观结构
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针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响 被引量:1
11
作者 苏君明 李庭安 +5 位作者 李永军 薛宁娟 李睿 姚西明 赵大明 肖志超 《炭素》 2014年第3期3-7,共5页
采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的... 采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学(垂直方向导热系数)、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m&#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38%,32.2%,32.8%,38.9%,21%,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响. 展开更多
关键词 针刺炭纤维预制体 C/C复合材料 力学性能 热学性能 电学性能
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C_f/SiC复合材料先驱体转化法浸渍工艺条件优化 被引量:10
12
作者 所俊 郑文伟 +1 位作者 肖加余 陈朝辉 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2000年第2期29-32,共4页
主要研究了先驱体转化法制备碳纤维三维编织物增强陶瓷基复合材料的浸渍工艺条件 ,探讨了不同温度、压力对PCS/DVB溶液法和PCS熔融法浸渍效率的影响 ,优化出最佳浸渍工艺参数。结果表明 ,温度对PCS/DVB溶液粘度影响较大 ,升高温度可急... 主要研究了先驱体转化法制备碳纤维三维编织物增强陶瓷基复合材料的浸渍工艺条件 ,探讨了不同温度、压力对PCS/DVB溶液法和PCS熔融法浸渍效率的影响 ,优化出最佳浸渍工艺参数。结果表明 ,温度对PCS/DVB溶液粘度影响较大 ,升高温度可急剧降低PCS/DVB溶液的粘度 ,有利于浸渍。PCS/DVB溶液法浸渍的最佳工艺参数为 :50℃~ 6 0℃ ,2MPa。PCS熔融法浸渍的最佳工艺参数为 :30 0℃ ,2MPa。采用PCS/DVB溶液法浸渍时的浸渍效率优于PCS熔融法。经四个浸渍裂解周期后溶液法制备的材料密度 (1.53g/cm3~ 1.6 1g/cm3)明显优于先驱体熔融法 (1.4 3g/cm3~ 1.52g/cm3)。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 碳纤维编织物 先驱体转化 C5/SiC 碳化硅 纤维增强
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碳短纤维预制件制备工艺研究
13
作者 谈淑咏 方峰 +1 位作者 施春陵 江静华 《盐城工学院学报(自然科学版)》 CAS 2003年第4期43-45,共3页
采用SEM观察了预处理前后的碳纤维以及碳纤维预制件的形貌。结果表明 :预处理使碳纤维长径比满足制备合格预制件的要求 ,并有利于纤维在预制件中的均匀分散及预制件的成型 ;本工艺制备出的预制件纤维分布均匀 ,表面无团聚 ,碳纤维无氧... 采用SEM观察了预处理前后的碳纤维以及碳纤维预制件的形貌。结果表明 :预处理使碳纤维长径比满足制备合格预制件的要求 ,并有利于纤维在预制件中的均匀分散及预制件的成型 ;本工艺制备出的预制件纤维分布均匀 ,表面无团聚 ,碳纤维无氧化 ,可用于液态模锻法制备碳短纤维增强金属基复合材料。 展开更多
关键词 碳短纤维预制件 制备工艺 碳纤维增强金属基复合材料 液态模锻法
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软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料的拉伸破坏行为 被引量:5
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作者 吴小军 乔生儒 +3 位作者 程文 邹武 崔红 王坤杰 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期300-306,共7页
以X-Y平面依次铺设炭纤维束、Z向穿插炭棒的4D软硬混编为预制体,采用沥青液相常压、高压浸渍/炭化-石墨化循环致密工艺制备4D-C/C复合材料。通过该材料Z向(炭棒方向)的拉伸实验,测定其拉伸性能和力学行为,并采用SEM分析试样表面及断口... 以X-Y平面依次铺设炭纤维束、Z向穿插炭棒的4D软硬混编为预制体,采用沥青液相常压、高压浸渍/炭化-石墨化循环致密工艺制备4D-C/C复合材料。通过该材料Z向(炭棒方向)的拉伸实验,测定其拉伸性能和力学行为,并采用SEM分析试样表面及断口形貌。结果表明:宏观上拉伸试样以炭棒整体拔出的形式破坏;细观尺度上,试样表面形成了与载荷方向垂直的贯穿性裂纹,裂纹以2 mm左右的距离呈等间距分布;材料进一步的破坏过程中,基体裂纹在X-Y向纤维束中呈线性扩展,快速分割了基体材料,使4D-C/C复合材料的拉伸破坏演变为1D-C/C复合材料的破坏模式,由于炭棒与基体炭界面结合弱,炭棒以拔出方式失效和破坏。 展开更多
关键词 软硬混编预制体 4D—C C材料 拉伸性能 破坏机理
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