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3D混杂梯度结构碳/碳复合材料微观结构和性能研究
Microtexture and mechanical properties of 3D functionally gradient hybrid C/C composites
【作者】 韩立军; 李铁虎; 刘建军; 郭恩明; 邱海鹏; 丁海英;
【Author】 HAN Li-jun , LI Tie-hu , LIU Jian-jun, GUO En-ming, QIU Hai-peng, DING Hai-ying( College of Materials Science and Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China; Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute, Beijing 100024, China)
【机构】 西北工业大学材料科学与工程学院; 北京航空制造工程研究所;
【摘要】 采用Z-PIN与粘胶基碳纤维毡、粘胶基碳纤维平纹织物、聚丙烯氰基碳纤维平纹织物制备了3D混杂梯度纤维预制体,多相碳素基体经丙烯等温化学气相渗透(ISO-CVI)和煤焦油沥青高压浸渍碳化(HPIC)复合工艺制备,分析研究了多相碳素基体的组织特征、Z向增强体对粘胶基碳纤维织物碳/碳复合材料(RCC)和聚丙烯氰基碳纤维织物碳/碳复合材料(ACC)层间性能的影响以及失效模式。碳基体的微观组织结构为各向同性层、光滑层和粗糙层多相复合体,粘胶基碳纤维表面和聚丙烯氰基碳纤维表面沉积碳的微观组织存在差异性。采用高密度Z-PIN增强体可提高层间性能40%-60%。失效模式为层间和纤维束内裂纹扩展,基体组织和纤维类型对层间性能的影响很小。
【Abstract】 A novel 3D hybrid preform consisting of rayon-based carbon fiber felt, rayon-based carbon fiber plain weave fabric, PAN-based carbon fiber plain weave fabric, and z-pin through-thickness reinforcements was prepared. Carbon matrix was derived via a combination of isothermal chemical vapor infiltration (ISO-CVI) and high pressure impregnation carbonization (HPIC) of coal tar pitch. Carbon matrix including that derived from QY8911 BMI resin within Z-PIN bundle was characterized by polarized light microscopy, scanning electron microscopy. Interlaminar shear strength of the composites was characterized employing a short beam interlaminar shear test specimen and a double edge-notched tensile shear test specimen. Carbon matrix in the study include isotropic, smooth laminar, and rough laminar. Hyper pseudoplastic fracture behavior of short beam interlaminar shear of 3D C/C composites was found, and interlamianr short beam/ or double edge-notched tensile shear strength was also improved by 40%-60% using a density of 1.5mm interval of z-pin reinforcements compared with that using 2.5mm interval. The difference between carbon fibers and distinction between carbon microtexture have a little effects on interlaminar strength in the study.
【Key words】 C/C composites; hybrid gradient; Z-PIN; microtextures; interlaminar properties;
- 【会议录名称】 第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ
- 【会议名称】第五届中国功能材料及其应用学术会议
- 【会议时间】2004-09
- 【会议地点】中国北京·秦皇岛
- 【分类号】TB332
- 【主办单位】国家仪表功能材料工程技术研究中心、国家“863”计划新材料领域专家委员会、中国仪器仪表学会仪表材料学会、中国金属学会、中国稀土学会、中国复合材料学会、中国有色金属学会、重庆仪表材料研究所、北京有色金属研究总院、包头稀土研究院、钢铁研究总院、北京工业大学、燕山大学、山东大学、云南大学、上海交通大学、华中科技大学、天津大学、四川大学、湖南大学、大连理工大学、南京大学、清华大学、西南师范大学、北京科技大学、北京大学、厦门大学、中南大学、电子科技大学、重庆大学、福州大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、武汉大学、西安理工大学、北京交通大学、西北工业大学、苏州大学、东北大学、复旦大学、武汉理工大学、浙江大学、北京理工大学、北京航空航天大学、中国科技大学、西南交通大学、南开大学、《功能材料与器件学报》编辑部、《功能材料》编辑部