不同裂解温度对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能研究

以聚硅氧烷为先驱体,研究先驱体转化过程中在不同的裂解温度下对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能影响.结果表明,当裂解温度在700℃、800℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度分别为255.2 MPa、309.0 MPa;当裂解温度在1000℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度为45.3 MPa.对SiCf/Si-O-C复合材料的微观结构及载荷-位移曲线进行分析,发现界面结构是影响SiCf/Si-O-C复合材料性能的主要因素.     

SiCf/Si-O-C复合材料的抗氧化、抗热震性能研究

通过研究材料的氧化前后质量的改变和强度减少及氧化前后微观结构的变化,研究了先驱体转化法制备的SiCf/Si-O-C复合材料的抗氧化、抗热震性能。结果表明SiCf/Si-O-C复合材料具有良好的抗氧化、抗热震性能。对所得材料微观结构进行了分析讨论,发现界面结构的变化是影响SiCf/Si-O-C复合材料抗氧化、抗热震性能的主要原因。     

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.     

3维C/SiC-ZrC复合材料的制备及其性能研究

针对超高温环境应用需求,采用化学气相渗透工艺(CVI)与先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)联用制备了3维碳纤维增强SiC-ZrC基复合材料(C/SiC-zrC),并研究了SiC含量对C/SiC-ZrC复合材料力学性能、抗氧化性能和抗烧蚀性能的影响.结果表明,随着SiC含量的增加,C/SiC-ZrC复合材料的强度逐渐降低,静...     

纳米SiO2颗粒增强铜基复合材料性能研究

以纳米SiO2颗粒为增强体,采用粉末冶金法制备铜基纳米复合材料.考察不同质量分数的纳米颗粒对复合材料密度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.结果表明纳米SiO2颗粒的加入,使铜基体的硬度和摩擦磨损性能都得到了明显提高;但随着纳米SiO2质量分数的增加,复合材料的密度和硬度均呈下降趋势;当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,复合材料的减摩耐磨性最好.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料防氧化涂层制备工艺研究

本文主要探索了以有机硅先驱体聚碳硅烷为粘结剂、采用热压烧结的方法制备Cf/SiC陶瓷基复合材料及碳化硅防氧化涂层的一体化工艺,探讨了聚碳硅烷含量、热压温度和压力对涂层防氧化效果的影响,并对涂层前后的Cf/SiC复合材料的防氧化性能进行了比较。结果表明:采用该工艺制备的SiC涂层Cf/SiC复合材料的防氧化性能显著提高。     

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。     

三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。     

SiO2 溶胶不同掺杂方式对含氟聚丙烯酸酯/SiO2 杂化涂层性能的影响

用酸催化溶胶-凝胶法制得SiO2溶胶,分别采用共混法和原位聚合法制备含氟聚丙烯酸酯/SiO2纳米杂化涂层.利用红外光谱、扫描电镜等表征了杂化涂层的结构、形态及SiO2相的分散性;研究了SiO2含量、分布和界面状况等与杂化涂层的表面性能和力学性能的关联与影响.结果表明,SiO2在两种方法制备的杂化涂层中均以Si-O网络的形式存在,原位聚合法中SiO2相的分散性优于共混法;含氟聚丙烯酸酯涂层中引入SiO2相后,涂层性能明显提高,共混法的疏水性优于原位聚合法;二者的力学性能随SiO2相含量变化的趋势相同,原位聚合法略优于共混法.     

添加SiC微粉对硅树脂先驱体转化3D Cf/Si-O-C材料性能的影响

以三维碳纤维织物和廉价的硅树脂为原料,采用先驱体转化工艺制备3D G/Si-O-C材料,考察了浸渍液中添加SiC填料对材料微观结构、力学性能和抗氧化性能影响.结果表明:添加适量的SiC填料有助于减少基体孔隙,改善界面结合,从而提高材料的力学性能;而SiC含量过高时,容易在材料内部形成闭孔,从而导致材料力学性能下降.当SiC微粉含量为18.2%时,材料具有最好的力学性能,弯曲强度和断裂韧度分别为421.3MPa和13.0 MPa·m1/2;而材料的抗氧化性能随着SiC微粉含量的增加而增加,当SiC微粉含量为25.0%时,材料的弯曲强度保留率最高,达到了89.5%.     

利用镁金属化学还原法制备多孔Si/Si-O-C负极材料机理研究

以二乙烯基苯和聚硅氧烷为原料经先驱体转化法制备了Si-O-C材料,利用镁金属在惰性气氛保护下高温还原制备了多孔的Si/Si-O-C负极材料。Si/Si-O-C负极材料的首次放电与充电容量分别为547.2和450.7mAh?g-1,第二次放电与充电容量分别为487.4和422.9mAh?g-1,库伦效率分别为82.3%、86.8%,材料具有较好的循环性能。利用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDX)、元素分析和场发射扫描电镜(FE-SEM)分析了多孔Si/Si-O-C负极材料的组成、结构、形貌,从而研究利用镁金属化学还原法制备多孔Si/Si-O-C负极材料的机理。结果表明,镁金属在还原过程中生成MgO和Mg2SiO4等产物,经HCl洗涤后可形成多孔的Si/Si-O-C负极材料。Si/Si-O-C材料中的单质硅分布于多孔的Si-O-C相中,一定程度上可缓解Si在循环过程中产生的体积效应。利用镁金属还原Si-O-C材料制备多孔Si/Si-O-C材料是一种可行的制备方法。     

纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。     

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。     

Magnetic,thermal stability and dynamic mechanical properties of beta isotactic polypropylene/natural rubber blends reinforced by NiZn ferrite nanoparticles

The dispersion of magnetic nanoparticles in matrix is crucial to ensure optimum performance of the composite. The difficulty level of achieving good dispersion is further increase when a multi-phases of matrix is present. A pre-coating technique of magnetic nanoparticles with polypropylene using ball-mill prior to melt-blending process was employed to prepare a multi-phases thermoplastic natural rubber composite. The effect of filler loading (2 wt%-10 wt%) on morphology, structure, magnetic properties, thermal stability and dynamic mechanical properties of the composites were investigated. It was found that the NiZn ferrite nanoparticles act as nucleating agent to form beta isostatic polypropylene thermoplastic composites. The composites' magnetic properties are directly dependent on the filler concentration. The dispersion of magnetic fillers in polymer matrix plays role in affecting the magnetic properties and thermal stability. The preference of filler to locate at amorphous phase has distorted the chain orientation of natural rubber and polypropylene. Hence, the polymorphism and crystallinity of the matrix varied as the filler loading increased, affecting the dynamic mechanical properties. It was found that 8 wt% NiZn nanocomposite exhibits highest E’ and tanδ, indicating the dynamic mechanical properties of NiZn nanocomposite are affected by β-phase degree.     

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

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。     

抗超高速撞击多层结构复合材料研究

本文介绍了抗超高速撞击多层结构复合材料的设计、制备和实验,并对结果进行了讨论,实验证明,以SiC陶瓷基复合材料为防护层、以空心微珠或多孔变密度复合材料为缓冲层、以编织物复合材料为结构层的多层结构复合材料,具有面密度低、抗撞击速度范围宽、抗撞击性能好的特点。     

表面官能化对碳纳米管/环氧复合材料玻璃化转变温度及韧性的影响

通过碳纳米管的不同表面官能化,构造其与环氧树脂的不同界面。采用动态机械性能分析研究不同表面官能化碳纳米管对环氧树脂复合材料玻璃化转变温度的影响;采用摆锤冲击试验研究环氧树脂复合材料的韧性。结果表明:与纯环氧树脂相比,氨基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度升高,而羧基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度反而有所下降;碳纳米管/环氧树脂复合材料的冲击强度相比纯环氧树脂均提高了近一倍。复合材料性能的这些变化规律主要归因于不同表面官能化碳纳米管与环氧树脂基体间形成了不同的界面。     

Investigation of the mechanical and ballistic properties of hybrid carbon/ aramid woven laminates

High-performance ballistic fibers, such as aramid fiber and ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), are commonly used in anti-ballistic structures due to their low density, high tensile strength and high specific modulus. However, their low modulus in the thickness direction and insufficient shear strength limits their application in certain ballistic structure. In contrast, carbon fiber reinforced epoxy resin matrix composites (CFRP) have the characteristics of high modulus in the thickness direction and high shear resistance. However, carbon fibers are rarely used and applied for protection purposes. A hybridization with aramid fiber reinforced epoxy resin matrix composites (AFRP) and CFRP has the potential to improve the stiffness and the ballistic property of the typical ballistic fiber composites. The hybrid effects on the flexural property and ballistic performance of the hybrid CFRP/AFRP laminates were investigated. Through conducting mechanical property tests and ballistic tests, two sets of reliable simulation parameters for AFRP and CFRP were established using LS-DYNA software, respectively. The experimental results suggested that by increasing the content of CFRP that the flexural properties of hybrid CFRP/AFRP laminates were enhanced. The ballistic tests’ results and the simulation illustrated that the specific energy absorption by the perforation method of CFRP achieved 77.7% of AFRP. When CFRP was on the striking face, the shear resistance of the laminates and the resistance force to the projectiles was promoted at the initial penetration stage. The proportion of fiber tensile failures in the AFRP layers was also enhanced with the addition of CFRP during the penetration process. These improvements resulted in the ballistic performance of hybrid CFRP/AFRP laminates was better than AFRP when the CFRP content was 20 wt% and 30 wt%.