T300和JC2#纤维增强C/SiC复合材料力学性能对比

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解法(PIP)分别制备得到T300碳纤维和JC2#碳纤维增强C/SiC复合材料。JC2#C/SiC复合材料具有优异的力学性能,抗弯强度和断裂韧性分别达到662MPa和19.5MPa.m1/2;T300 C/SiC复合材料表现出低强度、高脆性,其抗弯强度和断裂韧性不足前者的四分之一。T300 C/SiC复合材料低性能的根本原因在于T300纤维在PCS裂解过程中性能严重下降,复合材料中纤维与基体间存在强界面结合是另一个影响因素。     

碳纤维增强聚合物基复合材料频率选择表面的电磁传输特性

为了避免采用金属频率选择表面制备的天线罩中存在的热残余应力和弱黏接界面等问题,采用与聚合物基复合材料罩壁结构相容性好的碳纤维增强聚合物基复合材料制备频率选择表面,利用自由空间法对试样的电磁传输性能进行测试,并采用数值分析模型对碳纤维复合材料频率选择表面的电磁传输机制和电磁传输影响因子进行分析。结果表明:碳纤维复合材料频率选择表面具有频率选择功能,但谐振频率处的电磁传输损耗较大;通过改变复合材料频率选择表面的单元缝隙率、厚度、电导率以及介电常数可以实现对其电磁传输性能的调节。     

基于纤维方向的C/SiC复合材料端面磨削实验研究

采用小直径金刚石砂轮对气相渗硅反应烧结工艺(Gaseous Si Infiltration,GSI)方法制备的C/Si C复合材料进行了端面磨削实验研究,探究了不同纤维方向的磨削性能,讨论了磨削用量对磨削力和磨削表面粗糙度的影响规律,采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对磨削表面形貌进行观测,分析了磨削损伤和磨削加工机理。结果表明:C/Si C复合材料不同纤维方向磨削性能不同,正常纤维方向磨削力最大,粗糙度最小;纵向纤维方向磨削力最小,粗糙度最大。材料以脆性断裂形式去除,磨削面损伤主要为纤维断裂、分层,Si C基体微裂纹,界面层失粘。通过理论分析推测碳纤维层主要作用是减弱微裂纹扩展程度和改变微裂纹扩展方向。     

碳纤维增强聚合物基复合材料频率选择表面的电磁传输特性（复合材料专栏投稿）*

为了改善采用金属频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）制备的天线罩中存在的热残余应力和弱粘接界面等问题，本文采用与聚合物基复合材料罩壁结构相容性好的碳纤维增强聚合物基复合材料制备FSS，利用自由空间法对试样的电磁传输性能进行测试，并采用数值分析模型对碳纤维复合材料FSS的电磁传输机制和电磁传输影响因子进行分析。结果表明：碳纤维复合材料FSS具有频率选择功能，但谐振频率处的电磁传输损耗较大；通过改变复合材料FSS的单元缝隙率、厚度、电导率以及介电常数可以实现对其电磁传输性能的调节。     

切向空气气流对激光辐照碳纤维复合材料的影响

实验研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时,975nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应,发现切向气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏.从理论上对激光辐照下碳纤维复合材料的破坏机理进行了初步分析,基于碳的氧化特性和氧化反应机理,推导了碳纤维的氧化速率方程.采用改进的光滑粒子方法,对激光辐照下复合材料树...     

Cf/SiC复合材料抗氧化涂层的制备及性能

在氧化性环境中,高于400℃时碳纤维开始氧化,限制了Cf SiC复合材料的应用。通过在Cf SiC复合材料表面制备抗氧化涂层体系,可以有效地保护碳纤维不被氧化。本实验制备了含CVD SiC粘接层、自愈合功能层和CVD SiC抗冲蚀层的三层涂层体系,并进行了氧化失重试验。氧化失重试验结果表明,仅有CVD SiC涂层的试样氧化失重率较大,不能有效地保护材料,而含有自愈合功能层的三层涂层体系的材料试样,在800℃～1200℃的氧化失重率非常小,1000℃下氧化288h的失重率仅为2.3%,弯曲强度仍保持为452.9MPa。同时实验发现,试样在氧化失重试验后,其CVD SiC涂层的表面形貌有明显改变,这主要是由SiC氧化形成SiO2薄膜所致,并且在1200℃下所生成的SiO2薄膜有表面收缩趋势,具有液相膜的部分特征。     

集成于碳纤维复合材料的fsFBG响应特性研究

针对航空航天碳纤维复合材料结构健康监测需求,研究了飞秒激光逐点直写光纤光栅传感器(fsFBG)和碳纤维复合材料集成时的传感特性。在碳纤维复合材料层合板表面及层间布置fsFBG,对碳纤维复合材料层合板进行静态载荷和低速冲击载荷加载实验,系统分析了表面和不同层间fsFBG对载荷响应的敏感性和差异性,得到了fsFBG中心波长偏移量与加载距离和加载角度的对应关系。实验表明,表面粘贴的fsFBG对动静载荷的敏感度更高,在动静态载荷作用下,fsFBG中心波长偏移量随加载载荷的增大呈线性递增,而随加载距离的增加而逐渐减小;fsFBG具有较好的载荷-方向敏感特性,传感器的响应灵敏度随加载夹角增大逐渐提高。     

CVD碳与裂解碳对C/SiC微观结构和力学性能的影响

以粘胶基碳纤维毡为原料,经CVD沉积碳增密处理后,采用酚醛树脂浸渍-裂解对C/C预制体的密度进行调节,通过气相硅渗透反应工艺制备了C/SiC复合材料.利用SEM对C/C预制体和C/SiC复合材料的显微形貌进行了表征.研究了CVD碳和裂解碳对C/SiC微观形貌和力学性能的影响.结果表明:CVD碳含量较低时,碳纤维将受到气相硅的反应性侵蚀,反之则造成复合材料中残余碳含量过高、SiC基体相含量偏低,材料力学性能下降.当CVD碳的体积分数为17.5％、裂解碳的体积分数为12.0％时,得到的C/SiC力学性能最佳,其强度和模量分别为217MPa和209 GPa.     

裂解温度对PIP制备2D Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/Si-O-C复合材料,考察了裂解温度对材料结构和性能的影响。结果表明,首周期裂解温度对制备材料的力学性能有重要影响,纤维-基体间的界面弱化是复合材料力学性能提高的主要原因;第6周期采用合适的温度裂解可提高复合材料的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别达到了263.9MPa和12.8MPa.m1/2。     

准陶瓷Cf/SiC复合材料的制备

采用热重-差热(TG-DTA)、红外(IR)等分析测试手段,研究了聚碳硅烷(PCS)的裂解及化学转化过程,从理论上验证了先驱体聚碳硅烷(PCS)600℃裂解产物的准陶瓷特性.先驱体聚碳硅烷在600℃呈现一种半有机、半无机状态,其产物具有准陶瓷的特征,在大约750℃出现无机化转变高峰,固称其为准陶瓷.以碳布、准三维编织体、三维编织体为增强体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在600℃制备了碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)准陶瓷基复合材料.结果表明,以三维编织体增强的准陶瓷Cf/SiC复合材料获得了较理想的结构、性能,所制备3D-Cf/SiC复合材料密度仅有1.27g/cm3,弯曲强度达到193.69MPa,室温拉伸强度为197.69MPa,600℃拉伸强度为167.33MPa.复合材料断口形貌分析表明,在低温600℃制备的准陶瓷Cf/SiC复合材料呈现明显的韧性断裂特征.     

聚碳硅烷／二乙烯基苯快速升温裂解制备Cf/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,采用快速升温裂解制备了3D-B Cf/SiC复合材料.结果证明:裂解升温速率的提高可以大大缩短制备周期,同时可以提高材料密度和形成较好的界面结合,从而提高材料的力学性能.制备得到的Cf/SiC材料室温弯曲强度达到556.7MPa.     

聚碳硅烷表面张力的测定及其对纤维异形度的影响机理

采用改进的滴重法测定了先驱体聚碳硅烷(PCS)的表面张力,并探讨了表面张力对三叶形聚碳硅烷原丝异形度的影响机理。通过对纤维截面形貌的扫描电镜分析,发现表面张力对三叶形PCS纤维异形截面的形成有着较大的影响,它和粘滞阻力相互竞争的共同作用决定了三叶形PCS纤维异形度的大小。研究表明,先驱体PCS的表面张力与温度基本上呈线性关系,温度越高,PCS的表面张力就越小。     

活性填料在聚碳硅烷先驱体转化陶瓷中的应用

比较了铝 (Al)、铬 (Cr)、二氢化钛 (TiH2 )和锆 (Zr)等活性填料在聚碳硅烷 (PCS)先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明 ,在先驱体中加入活性填料能有效降低陶瓷素坯的气孔率 ,可与PCS气态裂解产物、游离碳和 (或 )N2 气氛反应生成新的化合物 ,提高PCS的陶瓷产率。活性填料的种类与含量对陶瓷烧成体的线收缩有较大的影响 ,Al、Cr能抑制烧成体的线收缩 ,其含量越高 ,线收缩越小。但是TiH2和Zr并不能抑制陶瓷烧成体的线收缩 ,其含量越高 ,线收缩越大。此外 ,活性填料的种类及含量对陶瓷烧成体的三点弯曲强度也有较大的影响。Al、Zr的含量越高 ,材料的强度也越大。但Cr和TiH2 的加入却使材料强度下降。认为Al是较好的活性填料。用X -衍射法 (XRD)分析了烧成产物的物相组成 ,扫描电子显微镜 (SEM)观察了陶瓷烧成体的断口形貌。     

聚碳硅烷纤维化学气相交联研究

以环己烯作为反应气氛,对聚碳硅烷(PCS)纤维进行了化学气相交联不熔化处理。与空气不熔化进行对比,研究了不熔化过程中PCS纤维的反应程度及凝胶含量的变化,并进行了元素分析和热重差热分析,初步探讨了PCS纤维环己烯化学气相交联反应的机理。结果表明,在环己烯气氛中,PCS分子结构中Si-H键的反应程度随不熔化温度的提高逐渐增加,相应地,PCS纤维的凝胶含量迅速提高直至不熔。环己烯受热后产生自由基,引发PCS分子中的Si-H和Si-CH3键断裂形成自由基,促进PCS分子间形成Si-CH2-Si结构而实现交联。     

基于响应面法的复合材料层合板平面应力强度可靠性分析

针对处于平面应力状态下的复合材料层合板，考虑其材料参数、强度参数、几何尺寸以及承受载荷等随机因素，用分支限界法识别结构系统的各重要失效序列，应用响应面法对某具体层合板的各失效事件进行计算，进而计算出整个系统的失效概率，并且利用MATLAB程序以及ANSYS中的APDL语言编写了JC法计算程序。计算结果表明，一般情况下层合板首先出现基体损伤失效，然后才会出现纤维断裂失效。这一结果与一些文献中的试验结果相一致，表明这种概率分析方法可以应用于实际复合材料层合板结构的可靠性分析。     

预氧化聚碳硅烷（PCS）纤维的无机化过程

针对预氧化PCS纤维无机化过程进行了研究 ,探讨了烧成过程中预氧化PCS纤维的投放量及保护气体流量等因素对纤维烧成过程的影响。实验发现烧成过程中产生的小分子气体活性基团阻止链自由基的结合 ,从而对纤维的进一步裂解起促进作用     

含裂纹钢板复合材料修补疲劳寿命数值分析

用ANSYS有限元软件对复合材料修复含边裂纹、中心裂纹和切口的钢板的疲劳寿命进行了数值分析.研究了边裂纹、中心裂纹长度对钢板疲劳寿命的影响,分析了碳纤维增强复合材料对3种损伤钢板疲劳寿命的修复效果.计算结果显示,修补后结构件的疲劳寿命可延长3～50倍.     

低速冲击下玻璃钢/钢复合结构损伤特性实验研究

考虑基体材料的不同增韧特性,针对两种不同的玻纤织物增强复合材料/钢复合结构进行低速冲击实验,采用超声波探伤仪对玻璃钢损伤区域进行了探测.结果表明,采用增韧基体的玻璃钢/钢复合结构在低速冲击下玻璃钢层的抗冲击能力更强,相同能量冲击下的损伤面积更小;损伤面积近似呈正方形分布,正方形对角线与纤维方向一致.     

车辆装备战场损伤等级评估方法

在分析损伤程度、残存功能状态、抢修时间等影响装备损伤等级的划分与评估的主要影响因素以及装备损伤等级划分方法的基础上,研究了车辆装备战场损伤等级划分及评估的基本方法,给出了车辆装备损伤定位的基本程序,设计了车辆装备零件损伤评估的逻辑决断图和整车损伤评估表,建立了战场抢修时间、工时、人员的估算方法,并通过实例验证了评估方法的有效性和实用性。