C/C-SiC复合材料的制备及其湿式摩擦磨损性能研究

采用T700炭纤维针刺毡,经超声振动渗硅、化学气相沉积(CVD)、硅化处理及液相浸渍/炭化新工艺制备SiC呈"岛状"分布的C/C-SiC复合材料,利用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察其微观组织结构并分析其形成机制,在MM-1000型湿式摩擦磨损试验机上研究C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在初始转速恒定的条件下,动摩擦系数随制动比压的增加而逐渐减小;当制动比压恒定时,摩擦系数随初始转速的增加呈现出先增大而后降低的趋势;在本文试验条件下,摩擦系数稳定在0.088～0.126之间;在300次磨损试验后,其磨损量检测值为0.     

各向异性导热率对前缘结构热防护性能的影响

高超声速飞行器在高马赫数飞行时,前缘结构要经历严酷的气动加热。炭/炭复合材料是用于前缘结构的理想材料,由于炭/炭复合材料具有各向异性和高导热率,因此本文研究了材料热导率和各向异性结构,以及涂层的热导率对驻点温度的影响。数值模拟的结果表明,基体材料沿热传导方向的热导率对驻点温度有显著的影响,其它方向的热导率对驻点温度影响不大。在基体材料热导率较低的情况下,涂层对驻点温度的影响明显,当基体材料的热导率较高时,涂层对驻点温度的影响较小。     

SnO_2/氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

采用温和的水热法在氧化石墨烯(GO)片层上原位生长纳米SnO_2颗粒,通过氨水调节体系pH值并对石墨烯进行掺氮,成功制备出了SnO_2/氮掺杂石墨烯(N-rGO)和SnO_2/石墨烯(rGO)纳米复合材料,并对它的电池和电催化性能进行研究。XRD和SEM等分析结果表明,SnO_2颗粒均匀地分布在N-rGO和rGO表面,粒径分别为50 nm和100 nm左右。进一步的TEM结果表明,SnO_2颗粒是由更细小的粒径为5~7 nm SnO_2颗粒所组成的二次团聚体。半电池性能测试结果表明:在100 mA/g电流密度下,SnO_2/N-rGO和SnO_2/rGO的可逆容量分别为901 m Ah/g、756 mAh/g,比同等条件下纯的纳米SnO_2高6.0和4.9倍;在2 A/g的高电流密度放电情况下,SnO_2/N-rGO和SnO_2/rGO的放电比容量分别可以达到619 mAh/g和511 mAh/g,表现出优异的倍率性能。电催化性能测试表明:SnO_2/N-rGO的催化活性要高于SnO_2/rGO,催化氧还原反应(ORR)主要按照四电子转移过程进行,为非铂催化剂的研究提供了一个新的思路。     

化学气相反应法制备不同碳基体表面SiC涂层组织结构分析

采用化学气相反应法, 以同种工艺分别在石墨和C/C复合材料表面制备了SiC涂层, 借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等手段分析了涂层的微观结构, 研究了不同碳基体对SiC涂层结构和表面形貌的影响, 并初步对比考察了涂层的高温抗氧化性能. 结果表明: 制备的SiC涂层整体致密, 与基体结合良好, 但存在明显的结构差异. 石墨表面制得的SiC涂层呈梯度分布, 涂层主要由致密外层及过渡内层组成, 而C/C复合材料表面制得的SiC涂层仅由致密外层组成; 在1823 K的空气氧化氛围中, 与C/C复合材料SiC涂层试样相比, 石墨SiC涂层试样表现出更好的高温抗氧化性能, 经30 h氧化及7次循环热震实验后, 涂层试样的氧化失重率仅为0.182%.     

ACNT/C纳米复合材料导热性能及其机理的初步研究

以定向碳纳米管(ACNT)阵列为骨架, 利用化学气相渗(CVI)工艺制备了新型的定向碳纳米管/碳(ACNT/C)纳米复合材料. 导热性能测试结果表明, 密度为1.47 g/cm3的ACNT/C纳米复合材料的热扩散系数和热导率均比相同工艺条件下密度为1.50 g/cm3的传统C/C复合材料高4～6倍; 经过2 500 ℃热处理, ACNT/C的热导率接近140 W/(m·K), 而C/C仅为40 W/(m·K)左右. 这主要是由于CNT对热解炭结晶存在诱导作用, 同时特殊的准一维结构也减少了热扩散时“声子”的散射.     

新型沥青基ACNT/C纳米复合材料的制备与表征

以超长定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架，中温煤焦油沥青为浸渍剂，采用浸渍-炭化工艺经过一个循环制备了密度约为1.25 g·cm^-3的沥青基定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光金相显微镜(PLM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱分析对这种新型纳米炭材料进行了表征。结果表明ACNT/C中沥青炭为明显的各向异性组织，以碳纳米管为核心形成了非常细密的流线型层片结构，具有较高的晶化程度。采用热失重分析(TGA)方法考察了材料在空气中的热稳定性能，发现ACNT/C纳米复合材料在空气中的热失重初始温度比相同工艺条件下，以炭纤维为骨架制备的密度相近的炭/炭(C/C)复合材料提高了50 ℃左右。     

纳米纤维结构对石墨/纳米碳纤维复合材料电化学性能的影响

为了实现石墨/纳米碳纤维复合材料用作锂离子电池负极材料的商业化应用,本实验采用了化学气相沉积在石墨颗粒表面原位生长纳米碳纤维包覆的方法制备了石墨/纳米碳纤维复合材料,利用拉曼、扫描电镜以及高分辨透射电镜等手段对纳米碳纤维包覆层中纤维的形貌与微观结构进行研究。研究结果表明:550℃下生长的板式结构的纤维嵌锂容量要高于600℃生长的无序结构和650℃生长的管状结构纤维;纳米碳纤维优良的导电性能能够复合材料的倍率性能;此外,复合材料中纤维比例在5%左右时,循环稳定性好,首次循环库伦效率也较高。     

C/C复合材料及高强石墨高温摩擦磨损性能对比研究

采用MG-2000型摩擦磨损试验机对比考察了C／C复合材料及航空发动机主轴密封环拟用材料高强石墨的高温摩擦磨损行为，采用显微激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜分析了C／C复合材料磨损表面组成及形貌．结果表明：具有粗糙层和光滑层复合结构的C／C复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于高强石墨材料，适合用作航空发动机主轴密封环材料；C／C复合材料的高温摩擦磨损性能取决于磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损的共同作用．     

负载Pt活性炭纤维对NO的吸附活性

 采用电化学方法制备了负载Pt的活性炭纤维，为研究其微孔结构、Pt的分散性以及对NO的吸附活性，分别考察了其对氮气、水和NO的吸附．电沉积Pt活性炭纤维的氮吸附等温线仍呈Langmuir型，表面积和微孔孔径基本不变；对水的初始吸附点数远远大于活性炭纤维．这表明电沉积Pt没有改变活性炭纤维的微孔结构，Pt粒高度分散在活性炭纤维的外表面．而NO的吸附量显著增加，说明存在化学吸附．     

碳／碳复合材料磨损表面碳结构的激光喇曼光谱分析

采用显微激光喇曼光谱及 X射线衍射考察了基体分别为沥青浸渍碳 /少量气相沉积热解碳和全部气相沉积热解碳的航空刹车用碳 /碳复合材料磨损表面碳结构的变化特征 ,并分析了引起这些变化的原因 .结果表明 ,经过 10次模拟飞机正常着陆刹车试验后 ,相对于石墨化程度各异的磨损次表层炭纤维及基体碳 ,磨损表面各处的石墨化程度及石墨微晶在 a轴方向的尺寸 La趋于均匀 .换言之 ,就复合材料磨损表面拉曼图谱上位于波数 1338.94 cm- 1 的谱峰与15 85 .2 2 cm- 1处的谱峰的积分强度比值 R的倒数 1/ R而言 ,低石墨化程度组元的 1/ R值显著升高 ,而高石墨化程度组元的 1/ R值有所降低 .磨损表面高石墨化程度组元中的石墨微晶通过转动使其 c轴沿磨损表面法线方向择优取向 ,在机械力作用下 ,石墨片层脱离、碎断 ,均匀分布于磨损表面上 .因此 ,在模拟飞机刹车过程中 ,不同结构和密度的 C/ C复合材料磨损表面形成石墨化程度相近的碳结构 ,这是导致复合材料摩擦系数对结构和密度不敏感的重要原因