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MC-C-O体系在超高温条件下相平衡的热力学分析

钟洪彬李美栓周延春王俊山许正辉张中伟房学良

中国腐蚀与防护学报

从热力学角度出发，采用工程数学软件Matlab计算出了 在涉及超高温（2073 K以上）范围的宽温域内一些典型过渡金属 碳(硼)化物与氧反应的Δ G⁰，以及相应的平衡氧分压；在此基础上 绘制了2500 K时ZrC-ZrO₂体系和SiC-SiO₂体系的氧化物蒸气压图以及界面蒸气压随温度的变化曲线。依据上述热力学数据，可以了解不同碳化物的氧活性和平衡氧分压随温度的变化规律，以及ZrC-ZrO₂和SiC-SiO₂体系氧化物蒸气压特别是界面蒸气压的大小，对于深入了解改性C/C复合材料和超高温陶瓷的超高温氧化行为，特别是对于改性C/C复合材料中有效的抗氧化添加剂的选择有理论指导意义。

关键词: 热力学分析 , ultra-high temperature ceramics , carbon/carbon composites , ultra-high temperature oxidation

碳化铪改性炭 / 炭复合材料喉衬的热化学烧蚀

沈学涛 , 李克智 , 李贺军 , 冯涛 , 张磊磊 , 王斌

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2011.00427

采用小型固体火箭发动机研究了碳化铪(HfC)改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀. 借助基于最小自由能原理的NASA-CEA程序计算了燃气组成, 借助化学热力学软件FactSage计算了燃气组分与碳、 HfC的化学反应. 结果表明, 燃气中的H₂O 、CO₂和OH是碳和HfC的主要氧化组分, 使材料发生热化学烧蚀; 纤维-基体界面是烧蚀的薄弱环节, 烧蚀沿着界面分别向碳纤维和基体方向推进. 热化学作用(氧化)造成纤维变细, 顶端呈锥状, 基体变薄, 呈壳状.

关键词: 固体火箭发动机 , carbon/carbon composites , hafnium carbide , erosion

INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ON OXIDATION PROPERTIES OF C／C COMPOSITES FABRICATED BY HIGH PRESSURE IMPREGNATION CARBONIZATION

Q.Chen , H.J.Li , A.J.Li , H.M.Han , K.Z.Li

金属学报(英文版)

Felt base carbon/carbon composites fabricated by super-high pressure impregnation carbonization process (SPIC) were heat treated at high temperature 2773K. The oxidation properties of felt base carbon/carbon composites were investigated at different temperatures (773-1173K), and the microstructures of carbon/carbon composites were studied by SEM and X-ray diffraction. The experimental results showed that the interlaminar distance of (002) plane (d002 ) deceased while the microcrystaUine stack height (Lc) increased. The oxidation rate of felt base carbon/carbon composites was invariable at certain temperatures. The oxidation mechanism of carbon/carbon composites changed remarkably at the oxidation temperature 973K. At the initial oxidation stage of carbon/carbon composites, carbon matrix was oxidized much more rapidly than carbon felt.

关键词: carbon/carbon composites , null , null

C/C复合材料层间裂纹扩展研究

张守阳1 , 李贺军 , 李克智 , 孙军

无机材料学报

作为一种耐高温高性能复合材料，Ｃ／Ｃ复合材料具优异的高温力学性能，但是材料本身的脆性是其弱点之一，其中，对于二维碳碳复合材料而言，层间裂纹扩展是其主要损伤机理，本文针对Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展进行实验研究，深入分析了不同密度及加入填充剂填充的二维碳／碳复合材料的层间裂纹扩展方式，测试了Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展能，发现裂纹扩展能随密度的增大而增大，加入石墨粉或热解炭粉可以有效提高材料的裂纹扩展能．

关键词: 碳/碳复合材料 , delamination , crack extension energy , null

Thermal Fatigue Behavior of SiC/MBAS Glass Coated Carbon/Carbon Composites

稀有金属材料与工程

关键词:

双基体炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

刘皓 , 李克智 , 李贺军 , 卢锦花 , 翟言强

材料科学与工程学报

借助偏光显微镜、扫描电镜,透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对双基体炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明:基体炭在偏光显微镜下呈现光学各向异性,材料内部形成多层次的界面结构,热解炭呈现"皱褶状"片层结构,中间相沥青炭呈现片层条带状结构,基体炭片层的走向基本上平行于纤维轴向.材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度,在纤维-基体界面处以及基体炭片层之间引起滑移,在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式,材料具有韧性断裂的特征,抗弯强度最高可达223MPa.

关键词: 炭/炭复合材料 , 中间相沥青 , 微观结构 , 界面 , 力学性能

溶剂热浸渍时间对C/C复合材料抗氧化性能的影响

朱佳 , 黄剑锋 , 曹丽云 , 王雅琴 , 吴建鹏

功能材料

采用溶胶-凝胶结合溶剂热浸渍法,利用硼溶胶和B2O3微粉对炭/炭（C/C）复合材料进行基体和表面改性。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试手段对改性后C/C复合材料的物相组成和显微结构进行表征。重点研究了溶剂热处理时间对改性后C/C复合材料的物相组成、显微结构及抗氧化性能的影响。结果表明经过溶剂热改性处理后,C/C复合材料的表面缺陷被B2O3保护层所覆盖,同时基体内部缺陷也被B2O3所填充。延长溶剂热改性时间,B2O3覆盖层的平滑度和致密度不断上升,C/C复合材料的抗氧化性能不断提高。经48h溶剂热改性后的C/C复合材料在静态空气中600℃恒温氧化17h后的质量损失仅为2.13%。

关键词: C/C复合材料 , 氧化 , 溶剂热法 , 浸渍改性 , 性能

微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响

刘皓 , 李克智 , 李贺军 , 卢锦花 , 翟言强

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2007.00968

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响. 结果表明: 基体炭在偏光显微镜下呈现出光学各向异性, 在SEM和TEM下呈片层条带状结构. 基体炭与纤维之间的界面不连续, 为“裂纹型”界面. 材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度, 在纤维-基体界面处以及基体炭层片之间引起滑移, 在断口形貌上体现出断裂台阶适中且与纤维拔出交替进行, 表现出韧性破坏的断裂特征. 材料具有较高的力学性能, 抗弯强度达到257MPa, 断裂韧性达到11.4MPa·m ^1/2.

关键词: 炭/炭复合材料 , mesophase pitch , microstructure , interface , mechanical properties

Effect of SiC whiskers on the oxidation protective properties of SiC coatings for carbon/carbon composites

稀有金属（英文版）

关键词:

改进 ICVI工艺制备 C/C复合材料的基体织构研究

徐国忠 , 李贺军 , 刘皓 , 李妙玲 , 王闯 , 陈拂晓

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2008.00175

利用偏振光显微镜(PLM)和高分辨透射电镜(HRTEM)从微米到纳米尺度研究了改进等温化学气相沉积(ICVI)技术制备的C/C复合材料基体热解炭织构和精细结构特征. 结果表明: 纤维周围有3层不同织构的热解炭, 由纤维向外, 分别为光滑层、粗糙层和暗层. 基体与纤维之间以及不同织构基体间的界面结合较好, 高织构热解炭内有微裂纹存在, 并且裂纹在界面处终止扩展, 或以桥连的形式扩展. 不同织构热解炭在HRTEM下晶格条纹的近程和长程的择优取向度有明显区别.

关键词: C/C复合材料 , texture , extinction angle , orientation angle