梯度分布TaC界面改性C／C复合材料的微观结构与力学性能

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缝合织物碳_碳复合材料的制备与性能

缝合织物碳/碳复合材料的制备与性能发布时间：2021-07-12T17:08:33.293Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第8期作者：李小虎[导读] 本文研究了不同碳布和不同体积含量对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响。

李小虎南京玻璃纤维研究设计院有限公司南京 210012摘要：本文研究了不同碳布和不同体积含量对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响。

结果表明：在缝合间距相同的条件下，缝合预制体的单元层越薄，其碳/碳复合材料的综合性能越优异，且T700-12K碳纤维展宽平纹布降低了研制成本；在相同碳布的条件下，织物体积含量越大，碳/碳复合材料的力学性能也越优异，纤维体积含量能够显著提高复合材料的力学性能。

关键词：碳/碳复合材料；力学性能；单元层；纤维体积含量中图分类号：TB332文献标志码：AProperties and Preparation of Stitched fabric C/C CompositesLi Xiaohu(Nanjing Fiberglass Research and Design Institute Co.Ltd, Nanjing 210012)Abstract: This paper studies the influence of different carbon cloth and different volume content on the mechanical properties of carbon/carbon stitched composites. The results show that under the same stitching spacing, the thinner the unit layer of the stitched preform, the better the overall performance of the carbon/carbon composite material, and the T700-12K carbon fiber stretched plain weave fabric reduces the development cost. Under the same carbon cloth condition, the larger the volume content of the fabric, the better the mechanical properties of the carbon/carbon composite material. The volume content of the fiber can significantly improve the mechanical properties of the composite material.Keywords: carbon/carbon composites; mechanical properties; unit layer; fiber volume content0前言现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。

C_C_TaC复合材料制备技术研究

第27卷第1期航天器环境工程2010年2月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 45 C/C-TaC复合材料制备技术研究熊翔，张红波，肖鹏，李国栋，李江鸿，陈招科（中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083）摘要：难熔金属碳化物的加入可有效提高C/C材料的抗烧蚀性能，并成为近年来国内外研究的热点。

文章主要介绍了中南大学在难熔金属碳化物TaC改性C/C材料制备技术方面的研究工作，主要包括含有Ta2O5的树脂/沥青浸渍-高温处理原位反应生成TaC的工艺方法、用含有有机Ta的树脂浸渍-高温处理原位反应生成TaC 的工艺方法、预制体编织过程中加入TaC制备C/C-TaC的工艺方法、基于化学气相渗透法制备TaC及SiC/TaC 中间界面层改性C/C材料的工艺技术以及基于化学气相沉积法制备抗烧蚀TaC及SiC/TaC难熔金属碳化物涂层的工艺技术。

关键词：C/C复合材料；TaC；烧蚀；基体改性；化学气相沉积；化学气相渗透中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1673-1379(2010)01-0045-05 DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2010.01.0081 前言炭/炭（C/C）复合材料具有比强度和比刚度高、比重小、导热导电性好、膨胀率低、高摩擦性、耐热冲击和耐烧蚀等优点，使其成为航空、航天、核能及许多民用工业领域耐热结构的关键材料[1]。

然而，C/C的优异性能只有在无氧的条件下才能得到保持；在有氧条件下C/C材料会在450°C迅速氧化，从而影响其上述优异性能。

20世纪70年代初，美国开展了热结构用C/C复合材料的研究，使C/C复合材料由烧灼防热材料向热结构材料发展。

C/C复合材料可用作燃气涡轮发动机结构部件、航天飞机的鼻锥帽、机翼前缘、小翼翼盒和机身襟翼等热结构材料，而这些应用不可避免地要在高温和有氧环境下使用[2]。

碳纤维增强复合材料的界面改性与力学性能研究

碳纤维增强复合材料的界面改性与力学性能研究近年来，碳纤维增强复合材料因其优异的性能逐渐成为材料科学领域的研究热点。

然而，在实际应用过程中，碳纤维增强复合材料的界面粘结性能往往成为制约其力学性能的关键因素。

因此，针对碳纤维增强复合材料的界面改性与优化成为了当前研究的重点之一。

一种常用的界面改性方法是通过表面处理剂来提高碳纤维与基体间的相容性。

研究表明，采用含有亲水基团的表面处理剂可以增强碳纤维与基体之间的粘结能力，从而显著提高复合材料的力学性能。

此外，一些研究还发现，通过引入含有活性官能团的交联剂可以进一步增强界面的化学键结合，提高界面的稳定性和耐久性。

另外，也有研究探讨了纳米颗粒在改善碳纤维增强复合材料界面性能中的应用。

纳米颗粒作为有效的增强材料可以提供更大的界面接触面积，并且具有优异的表面活性，从而增强复合材料的界面粘结。

通过选择合适的纳米颗粒类型和控制纳米颗粒的分散性，可以进一步改善碳纤维增强复合材料的力学性能。

此外，一些研究还通过界面改性来优化碳纤维增强复合材料的界面结构。

例如，采用从天然产物中提取的天然高分子材料可与碳纤维形成更好的界面结构，并提高复合材料的界面粘结性能。

与传统的界面改性方法相比，天然高分子材料具有天然可再生、环境友好等优点，因此受到了广泛的关注。

进一步研究发现，碳纤维增强复合材料的界面改性不仅可以改善其力学性能，还可以提升其耐热性和耐腐蚀性能。

微观界面结构的优化可以有效阻止外界的物质渗透，从而提高复合材料的稳定性和使用寿命。

总之，碳纤维增强复合材料的界面改性与力学性能研究是当前材料科学领域的重要研究方向。

通过表面处理剂、纳米颗粒和天然高分子材料等方法的应用，可以改善碳纤维增强复合材料的界面粘结性能，提高其力学性能和耐热性能。

此外，进一步优化界面结构可以有效提升复合材料的耐腐蚀性能。

随着研究的深入，相信碳纤维增强复合材料的界面改性技术将不断得到突破和创新，为复合材料的应用领域带来更加广阔的发展前景。

复合材料的微观结构及力学性能研究

ZrC/Cr2AlC复合材料的微观结构及力学性能研究摘要:Cr2AlC是MAX相家族中具有代表性的三元层状碳化物, 它兼具金属和陶瓷的特性, 有导电、耐腐蚀、抗氧化等优异性能。

为进一步提高Cr2AlC的综合性能, 本研究以ZrC为增强相, 利用热压烧结技术制备了ZrC/Cr2AlC复合材料, 探讨了增强相含量(10vol%~20vol%)对材料力学性能的影响。

结果表明: 10vol% ZrC/Cr2AlC复合材料的弯曲强度和硬度分别为715 MPa和7 GPa。

相比Cr2AlC 材料的强度(398 MPa)和硬度(3.4 GPa), 复合材料的强度和硬度提高幅度分别为80%和106%。

采用扫描电子显微镜对材料的微观结构进行了分析, 阐明了复合材料具有较高性能的原因。

本研究为拓宽Cr2AlC材料的应用领域奠定了基础。

关键词: ZrC/Cr2AlC; 复合材料; 力学性能; 微观结构纳米层状三元化合物MAX材料(M为过渡金属, A主要为IIIA和IVA族元素, X为碳或氮)属于六方晶结构, 具有金属和陶瓷的特性, 如高电导率和热导率、易加工、耐腐蚀、抗氧化等[1-3]。

MAX材料已被成功应用于高温电极、发热件、受电弓滑板等关键部件。

此外, 这类材料在冶金、航天、核电、化工等领域有广泛的应用前景。

Cr2AlC是MAX材料家族中最具吸引力的代表性材料之一。

它不仅具有上述的优异性能, 而且还展示出优异的抗热震性能、较好的损伤容限以及自愈合等性能[4-8]。

如Cr2AlC粗晶材料表面的硬度压痕对角线无放射性裂纹出现。

这主要是由于颗粒层裂、变形、弯折等多重耗能机制赋予材料具有损伤容限性能[4,6]。

Cr2AlC 材料表现出异常热震行为, 即随着热震温度提高, 材料强度下降; 但是当温度达到1200 ℃后, 强度不再下降反而升高。

其优异的热震性能归因于材料的自愈合能力[6-7]。

Cr2AlC材料可愈合长达毫米级的裂纹, 其愈合机制是高温形成与基体结合良好的Al2O3填充裂纹[8]。

复合材料的微观力学性能与评估

复合材料的微观力学性能与评估在现代材料科学的领域中，复合材料以其独特的性能和广泛的应用引起了众多研究者的关注。

复合材料不是单一的材料，而是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合而成，从而获得了单一材料所不具备的优良性能。

要深入理解复合材料的性能，就必须研究其微观力学性能，并且建立有效的评估方法。

复合材料的微观力学性能主要取决于其组成成分的性能、含量、分布以及相互作用等因素。

以纤维增强复合材料为例，纤维的强度、模量、长度和直径，以及纤维在基体中的分布和取向，都会显著影响复合材料的力学性能。

比如，碳纤维增强环氧树脂复合材料，碳纤维具有高强度和高模量，当其在环氧树脂基体中均匀分布并且取向合理时，能够极大地提高复合材料的强度和刚度。

在微观层面，复合材料的界面性能也是至关重要的。

界面是指不同组成成分之间的过渡区域，它在传递载荷、协调变形方面发挥着关键作用。

良好的界面结合能够有效地将载荷从基体传递到增强相，提高复合材料的整体性能；反之，如果界面结合不良，就容易导致复合材料在受力时发生过早的失效。

为了评估复合材料的微观力学性能，研究人员采用了多种先进的实验技术和分析方法。

其中，纳米压痕技术是一种常用的手段。

通过使用微小的压头对材料的微观区域进行加载，可以测量出材料的硬度、模量等力学参数。

这种技术能够在微米甚至纳米尺度上对复合材料的微观力学性能进行表征，为深入理解材料的性能提供了重要的依据。

扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）也是不可或缺的工具。

SEM 可以用于观察复合材料的表面形貌、纤维分布以及损伤模式等；TEM 则能够提供更高分辨率的微观结构信息，帮助研究人员了解界面的微观结构和化学成分。

此外，X 射线衍射（XRD）技术可以分析复合材料的晶体结构和相组成，而拉曼光谱则可以用于研究材料的分子结构和化学键。

除了实验方法，数值模拟在复合材料微观力学性能评估中也发挥着重要作用。

有限元分析（FEA）是一种常见的数值模拟方法，通过建立复合材料的微观模型，模拟其在不同载荷条件下的力学响应，可以预测材料的性能和失效模式。

TiC改性炭石墨材料的微观结构与性能研究

文章编号:1001-8948(2005)02-0008-05T iC 改性炭石墨材料的微观结构与性能研究张启彪1,乔英杰2(1哈尔滨电碳研究所,哈尔滨　150030;2哈尔滨工程大学机电学院,哈尔滨　150001)摘要:研究了在炭石墨材料基料中均匀掺杂T iC 陶瓷粉体,经高温烧结、原位合成反应、石墨化,制备了TiC 改性炭石墨复合材料。

研究了TiC 改性炭石墨复合材料的微观结构,分析了TiC 掺杂对炭石墨材料力学性能的影响,并从微观角度解释了T iC 对炭石墨材料力学性能影响的机理。

从研究结果可以看出,T iC 掺杂可使炭陶瓷复合材料的抗折强度提高13.4%,抗压强度提高38.1%,气孔率降低16.9%;其机理在于TiC 掺杂在炭陶瓷复合材料制备过程中能促进石墨化,使晶体更加完整、细化,有利于力学性能的提高。

关键词:TiC ;炭石墨;微观结构;力学性能中图分类号:　T B302 文献标识码:　ASTUDY ON THE MICROSTRUCTURE AND THE PROPERTIESOF TiC CHANGED THE PROPERTIES GARBONGRAPHITE MATERIALSZHANG Qi-biao 1,QIAO Ying-jie 2(1Harbin Electr ical Carbon Institute,Harbin 150030,China;2Har bin eng ineering univ ersity m achine electricity colleg e,Harbin 150001,China)Abstract :T his tex t studied in based carbon g raphite material uniformity scellaneous TiC in ceramics pow -der,w as the ag glo metr ation at high temperature,the home position sy nthesizes the reaction,g raphitization the preparatio n the TiC changed the proper ties carbo n g raphite composite materials .studying the TiC changed the m icrostructure of the TiC changed the properties carbo n graphite co mposite mater ials .analy z-ing T iC miscellaneous to the influence of carbons graphite mater ial mechanicses functio ns,co mbined to ex -plain the TiC fr om the m icrostructure angle to the mechanism of the car bon gr aphite material mechanics function influence mechanism .Can see from the resear ch result ,the T iC is miscellaneous material the bend-ing streng th increases 13.4%,the com pr ess strength makes 38.1%,the porosity low er 16.9%of the mech-anism consists in the T iC miscellaneous can pr omote in cer am ics composites m aterial sy stem had process the g raphite turn to m ake crystal more complete and thin benefitting to the ex altation of the mechanics function .Key words :TiC;carbon gr aphite;micro structure;m echanics function收稿日期:2005-02-03作者简介:张启彪(1960-),男,1983年毕业于湖南大学炭素专业,高级工程师,现在哈尔滨电碳研究所从事管理及科研开发工作。

复合材料的微观结构与力学性能分析

复合材料的微观结构与力学性能分析在当今的材料科学领域，复合材料因其卓越的性能而备受关注。

复合材料不是一种单一的材料，而是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起，形成的一种具有新性能的材料。

理解复合材料的微观结构和力学性能之间的关系，对于设计和开发高性能的复合材料至关重要。

复合材料的微观结构是其性能的基础。

从微观角度来看，复合材料通常由基体和增强相组成。

基体材料就像是一个“背景”，为增强相提供了支撑和环境；而增强相则像是“英雄”，赋予了复合材料独特的性能。

以纤维增强复合材料为例，纤维作为增强相，具有高强度和高模量的特点。

这些纤维可以是玻璃纤维、碳纤维或者芳纶纤维等。

它们在基体中分布的方式、纤维的长度、直径以及纤维与基体之间的界面结合情况，都对复合材料的微观结构产生重要影响。

如果纤维分布均匀且取向一致，那么在受到外力作用时，力能够沿着纤维的方向有效地传递，从而提高复合材料的强度和刚度。

相反，如果纤维分布不均匀或者取向混乱，那么复合材料的性能就会大打折扣。

此外，纤维与基体之间的界面结合也非常关键。

一个良好的界面结合能够确保应力从基体有效地传递到纤维上，从而充分发挥纤维的增强作用。

如果界面结合不好，就容易在界面处产生脱粘、开裂等问题，导致复合材料的力学性能下降。

复合材料的微观结构还与制备工艺密切相关。

不同的制备方法会导致复合材料微观结构的差异，进而影响其力学性能。

例如，在注塑成型工艺中，由于材料在模具中的流动和冷却过程，可能会导致纤维的取向不一致，从而影响复合材料的各向同性性能。

而在热压成型工艺中，可以通过控制压力和温度，使纤维分布更加均匀，从而获得性能更优异的复合材料。

了解了复合材料的微观结构，接下来我们探讨一下它们的力学性能。

复合材料的力学性能主要包括强度、刚度、韧性和疲劳性能等。

强度是指材料抵抗破坏的能力；刚度是指材料抵抗变形的能力；韧性是指材料吸收能量而不发生断裂的能力；疲劳性能则反映了材料在反复加载下的耐久性。

cc材料微观结构的CT分析

引言
ＣＣ复合材料是一种三维多相体材料，有非常复杂的内部微观结构，有大量的孔洞、／具含裂纹尤其在纤
维束与基体的界面上存在大量的脱层。多年来国内外学者用很多方法对ＣＣ复合材料的内部微观结构进／行了观测分析，但是传统的观测分析方式都具有一定的局限性，例如扫描电镜只能获得材料的一个层面
ｉｅｕｄｅｎｈｌｍｂｇｔｆｂｒｂｎｌｓａｄｔｅｐｕａｏｍａｒｘ，ａｄｔｅｅａｅａｇｅｔｄａｆｃｖｔｅｎｐｕｍｂｇｔｘＴｅｉｎｈｒｒｒａｅｌｏａｉｓｉｌｉａｏｍａｒ．ｈｉｄｎｉｙｆｎｔｎｆｔｅｄｍｅｓｏｂｕｈｓａｉｉｓｅａｎｔｏｅｓｔｕｃｉｓｏｈｉｎｉｎａｏｔｔｅｅｃｖｔｅ，ｄｌｍｉａｉｎ，ａｄｃａｋｏｎｒｃｓｗｈｉｈｗｅｅａｑｉｅｃｒｃｕｒｄｆｏｓａｉｔｃａａｙｉｒｖｄｈｅｉｏｔｎｏｎａｉｎｔｎｌｚｈｅａｉｎｂｔｅｈｃｏｔｃｕｅｒｍｔｔｓｉｎｌｓｓｐｏｉｅｔｍｐｒａｔｆｕｄｔｏｏａａｙｅｔｅｒｌｔｅｗｅｎｔｅｍｉｒｓｒｔｒｏｕａｄｔｅｍｅｈｎｃｌｐｏｅｔｆＣ／Ｃｃｍｐｓｔ．ｎｈｃａｉａｒｐｒｙｏｏｏｉｅＫｅｒｓ：／Ｃｏｏｉｍｉｒ — ｙｗｏｄＣｃｍｐｓｔｅ；ｃｏＣＴ；ｎｅａｅｄｌｍｉａｉｎ；ｅｓｔｕｎｔｏｉｔｒｃｅａｎｔｆｏｄｎｉｆｃｉｎｙ

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ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｌｅｘｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｓ — ｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＴａＣｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｉｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓａｇｒａｄｉｅｎｔｄｉｓ —
ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｃ／ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｓ — ｐｒｅｐａｒｅｄ

层状分布在炭纤维表面，从ｃ／ｃ复合材料表层到内部，ＴａＣ陶瓷相的含量呈梯度分布；梯度分布ＴａＣ界面改性ｃ／ｃ复合材料的平均弯曲强度为２７２．６ＭＰａ，平均断裂韧性为５．０ＭＰａ・ｍ／；整体上，沿材料厚度（Ｚ轴）方向，随ＴａＣ含量的降低，纤维的拔出长度明显变短；在表层富ＴａＣ区，ＴａＣ含量对材料断裂行为有较大影响，其表现为：在ＴａＣ含量较多的外
ｇａｓｅｓｉｎｔｈｅｐｒｅｆｏｒｍ，ｃ／ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｇｒａｄｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＴａＣｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｍｉｃｒｏ —
摘要：利用化学气相渗透法在三维细编穿刺炭毡中的炭纤维表面沉积ＴａＣ陶瓷界面，通过控制气体在预制体中的流动
方向，获得梯度分布ＴａＣ界面改性ｃ／ｃ复合材料。研究了材料的微观结构、弯曲性能以及断裂韧性，结果表明：ＴａＣ呈
材料工程／２０１３年９期
梯度分布ＴａＣ界面改性ｃ／ｃ复合材料的微观结构与力学性能
ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃ／ｃ
层，材料断裂为脆性断裂，而在ＴａＣ含量较少的内层，材料断裂为假塑性断裂。
关键词：ｃ／ｃ复合材料；界面；梯度分布；微观结构；力学性能
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００卜４３８１．２０１３．０９．００２
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅ２７２．６ＭＰａａｎｄ５．０ＭＰａ・ｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｔｈｅＴａＣ
中图分类号：ＴＢ３３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１ — ４３８１（２０１３）０９ — ０００６ — ０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａＣｃｅｒａｍｉｃｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗａｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｉｎｔｈｒｅｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＪｆｉｎｅ — ｗｏｖｅｎｐｕｎｃ — ｔｕｒｅｄｆｅｌｔｂｙｕｓｉｎｇｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎ
ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈＧｒａｄｉｅｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＴａＣＩｎｔｅｒｌａｙｅｒ
李
斌，陈招科，熊
翔
（中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙４１００８３）
ＬＩＢｉｎ，ＣＨＥＮＺｈａｏ — ｋｅ，ＸＩＯＮＧＸｉａｎｇ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）