采用液相浸渍炭化技术,在压力为 75 MPa 下制备出 4D-C/ C 复合材料,并进行高温热处理。 研究静态和动态加载条件下,材料沿厚度方向的弯曲性能及断裂行为。 结果表明,循环次数达到 10×10 ⁵ 次、频率为 10 Hz 时,材料的临界弯曲疲劳极限是静态弯曲强度的 80%。 静态弯曲加载情况下,C/ C 复合材料失效机制取决于试样底层炭纤维的取向。 循环疲劳载荷作用下,其失效机制包括基体开裂、纤维-基体界面弱化及纤维断裂。 复合材料在循环加载过程中界面结合强度降低,并释放内应力,故增强了纤维拔出以及复合材料的假塑性,疲劳加载后其剩余弯曲强度增加 10% 左右,而模量降低。 疲劳载荷引起材料基体缺陷和裂纹数量的增加及纤维断裂,削弱了长度方向上的热膨胀,使材料热膨胀系数降低。

针对微脱黏测试建立细观力学模型,通过模拟纤维从树脂微滴中的拔出过程评价炭纤维增强双马树脂基复合材料的界面性能。 为了深入理解湿热环境对复合材料界面性能的影响,通过微脱黏方法测试不同湿热环境条件下炭纤维增强双马树脂基复合材料的界面剪切强度。 结果表明,湿热老化会导致界面剪切强度下降,吸湿达到饱和后界面剪切强度也会趋于稳定。 在实验的基础上,基于内聚力界面单元建立脱黏过程的数值模型以表征复合材料的界面特性,评价实验参数与界面特性的关系。 微脱黏模型还为宏观力学性能的数值分析提供包括界面相在内的必要的实验参数。 微脱黏测试的有限元分析表明刮刀夹持位置、热残余应力以及湿热条件均会对界面应力分布产生影响。

以钛酸丁酯为原料、聚乙二醇为稳定剂,采用溶胶—凝胶法制备含球形 TiO₂ 纳米粒子的溶胶,将其与碳前驱体聚糠醇均匀混合后涂敷于多孔 Al ₂O₃ 基体表面,最后经炭化处理制得 TiO₂ -C/ Al ₂O₃ 复合膜。 采用 SEM、TEM、XRD、粒径分析等手段对样品进行表征,并测定炭膜对 CO₂ 、N₂ 和 CH₄ 的渗透性能。 结果表明,聚乙二醇能有效控制钛酸丁酯的水解,不仅有利于形成粒径小而均匀的球形纳米 TiO₂ 粒子,而且可促进 TiO₂ 粒子在聚糠醇中的均匀分散。 TiO₂ 粒子的掺杂明显提高了炭膜的 CO₂ 渗透率及渗透选择性。 其中,CO₂ 渗透率、CO₂ / N₂ 选择性和 CO₂ / CH₄ 选择性分别可达 7. 0 ×10 ^-8 mol·m ^-2·s ^-1· Pa ^-1 、34 和 64。 TiO₂ 的掺杂有利于产生更多渗透通道,但也会阻断炭材料本身的渗透通道,因此 TiO₂ 的掺杂量存在最佳范围。