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    188宝金博页面版: 准三维CC复合材料的弯曲性能及其破坏机理

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    内容提示： 第 26卷 第 4期2006年 8月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALSVo.l 26, No. 4August 2006准三维 C /C复合材料的弯曲性能及其破坏机理熊 翔, 黄伯云, 李江鸿, 吴凤秋(中南大学 粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083)摘要: 以碳纤维针刺毡为预制体, 采用 CV I法或结合液相 法制备了 热解碳、 树脂 碳和沥 青碳基质的准三维 C /C复合材料, 并研究了 这些材料的弯曲性能及其断裂机理。 研究表明: 对于热解碳基质, SL基质碳的弯曲强度明显高于RL和 SL+ RL两种基质碳; 弯曲强度随密度增高而增大; 致密度越高, 基体支撑越强, 同时...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：29 | 上传日期：2015-12-31 23:30:59 | 文档星级：
    第 26卷 第 4期2006年 8月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALSVo.l 26, No. 4August 2006准三维 C /C复合材料的弯曲性能及其破坏机理熊 翔, 黄伯云, 李江鸿, 吴凤秋(中南大学 粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083)摘要: 以碳纤维针刺毡为预制体, 采用 CV I法或结合液相 法制备了 热解碳、 树脂 碳和沥 青碳基质的准三维 C /C复合材料, 并研究了 这些材料的弯曲性能及其断裂机理。 研究表明: 对于热解碳基质, SL基质碳的弯曲强度明显高于RL和 SL+ RL两种基质碳; 弯曲强度随密度增高而增大; 致密度越高, 基体支撑越强, 同时微裂纹和孔隙度越低, 弯曲性能越好。关键词: C /C 复合材料; 热解碳; 弯曲性能; 破坏机理中图分类号: TB332 文献标识码: A 文章编号:1005 -5053( 2006) 04-0088-04收稿日 期:2004 -09-15; 修订日 期:2004 -02-18基金项目 : 国家重点工业试验性项目 (计高技〔1998 〕 1817)作者简介: 熊翔 ( 1963) ), 男, 博士, 教授, 主 要从事碳基和陶瓷基复合材料的 研究。 碳 /碳复合材料 (简称 C /C复合材料 )是为满足航天和航空工业需要发展起来的一种新型结构材料, 它具有比强度、比模量和断裂韧性高, 密度低, 很好的热稳定性、 抗烧蚀性、 化学稳定 性和尺寸稳定性, 上世纪五十年代以来开始作为防热烧蚀材料用于火箭发动机的喷管和喉衬, 以及用作航天飞机的鼻锥, 此外, 它还在高温发热体、高温模具、生物材料等方面也得到了 大力发展业已成为 C /C 复合材料最主要的应用领域。C /C复合材料的制备过程包括编织碳纤维预制[ 1 ~ 5 ]。 目 前, 航天、航空工体、引入碳增密和高温热处理。 其中增密的方法主[ 4- 8]: 一种为液相热固性树脂或热塑性沥青浸渍 - 碳化方法, 另一种为化学气相渗透 ( CV I)方法, 或以上二种方法的组合。 不同增密工艺制得的基体碳具有不同的形态, 对 C /C 复合材料的力学性能及其破坏机理有着极其重要的影响。 本研究以碳纤维针刺毡为预制体, 通过 CV I方法或与液相方法的组合, 制备了 数种基质碳组织状态的准三维 C /C 复合材料, 并对这些材料的弯曲性能及其断裂机理进行了探讨。要有两种1 实 验研究所用的碳纤维预制体为无纬布与网胎的质量比约为 7B 3的针刺毡, 相邻无纬布层互成 90b, 其结构的显微照片和结构示意图如图 1所示。 CV I工艺以丙烯 ( C3H6)为碳源气体, 氮气为稀释气体, 沉积温度为 850~ 950e, C3H6: N2 气体的体积比为 1:1。 树脂浸渍以糠酮呋喃树脂为 原料, 浸渍温度为180e, 压力 1. 6M Pa , 沥青浸渍的温度 150e, 压力1. 6MPa ; 两者碳化温度为 1000e, 保温 2 h。 样品的最终热处理温度为 2400e, 保温时间 2 h。三点弯曲强度测试在 Instron试验机上进行, 试样的尺寸为 55mm @ 10mm @ 4mm, 每个数据点试样数量 6~ 8个。 三点弯曲的跨距为 40mm, 十字头位移速度 1. 0mm /m in。 分别采用偏光金相显 微镜和电子扫描电镜 ( SEM ) 观察材料的显微结构。2 结果及讨论2. 1 弯曲性能碳纤维、基质碳、 孔隙 (裂纹 )是 C /C 复合材料组织结构中的三个基本组织成份。 采用 CV I方法增密, 可获得三种较典型的基质碳组织, 分别为光滑层结构 ( SL)、 粗糙层 结构 ( RL) 和过渡结 构 ( SL +RL); SL热解碳为难石墨化碳, 其不仅硬度高, 而且SL基质碳样品的弯曲强度也要明显高于 RL 和 SL+ RL两种基质碳样品 (图 2)。 图 3是对不同密度SL基质碳样品的测试结果, 可以看出, 弯曲强度随密度增高而增大, 且密度越高, 弯曲强度增长越大,说明孔隙或微裂纹的存在及其大小对强度性能的影响至关重要。图 4为采用 CV I和沥青浸渍 /碳化方法制备的样品的弯曲强度 测试结果。 样品先 经过 CV I工艺增密至 1. 32g/c m用沥青浸渍 /碳化工艺分别补充增密至 1. 67g /cm和 1. 86g /cm3, 所获得热解碳为 SL结构, 再采33, 随着补充增密密度的增长, 弯曲强度

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