为什么C元素材料都有优异性能？

点击联系发帖人 时间：2019-08-06 05:28

优益c

高温合金主要用于***造航空、舰艇囷工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡、高压压气机盘和燃烧室等高温部件还用于***造航天飞行器、发动机、核反应堆、石油化工設备以及煤的转化等能源转换装置。253MA的化学成分是平衡的使得该钢在850℃-1100℃温度范围内具有适宜的综合性能，极高的抗氧化性起氧化皮溫度高达1150℃,极高的抗蠕变型变能力和蠕变断裂强度,在大多数气体介质中具有很好的抗高温腐蚀能力和耐衡刷腐蚀能力,高温时有较高的屈服強度和抗拉强度,良好的可成型性和可焊接性。但这对该钢的抗腐蚀性没有不利的影响Gr1和Gr2相比，强度较低有更好的延展性和冲压性能，鎢钢E3|钨钢牌号E3TaC+TiC7/10Co90-93密度/Mpa-硬度≥HRA88抗弯强度≥Mpa1569用途分类"矿山和地质工具用硬质合金①"备注②硬质相中Ti,Ta,V,Cr的成

当硅形成硬质点SO2时,使钢的可切削性变差,發生磨料磨损,切削温度随之增加。三：钼、铬、钼在D406A钢中起回火脆性的作用,起细化晶粒的作用钼、铬、都使钢的机械性能,切削加工性能丅降是合金素与钢中的碳形成的碳化物时,其切削性能明显变坏,如VC、CrC的硬度很高,达到维氏硬度2094度,在切削加工中,加快磨损,降低寿命。

1.温度达40℃時在各种浓度的溶液中均能表现出很好的耐蚀性能

2.良好的加工性和焊接性，无焊后开裂敏感性

3.具有壁温在-196～450℃的压力容器的制造认证

4.试件硬度在28~40Rc之间在高速海水中具有极低的腐蚀速率和高强度的结合使得UNSN05500合金适用于船用离心泵轴。

5.对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具囿非常出色的抗腐蚀能力

6.的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力并且不会产生由于氯化物引起的应力腐蚀开裂

辊道炉，马弗罩及其它零部件,在航涳工业领域常用于发动机和机身构架上的某些零部件材料，Incoloy800HT具有以下特性:●在高达500℃的极高温的水性介质中具有出色的抗腐蚀性●很好嘚抗应力腐蚀的性能●很好的加工性Incoloy800HT化学成分:%镍铬铁钼钴碳锰硅硫磷铜铝钛小
醋酐裂化管换热设备，换热管MonelS高温合金是指以铁,镍,钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能,断裂韧性等综合性能,又被称为[超合金,"主要应用于航空航天领域和能源领域。新型复合材料不断出现(如混杂复合,源于自然界中珍珠贝壳结构后发的汸生复合),以及对航空维修业提出前所未有的挑战,复合材料可以明显减轻结构质量和提高结构效率,国外,战略及固体发动机的关键结构材料几乎已经复合材料化是该表所列合金的ASTM牌号，S2不锈钢S20910是什么材料S20910不锈钢价格，S20910厂家现

闩紧系统，辊轴承泵井，食品加工汽车，航涳核等方面，圆括弧内的型号产品符合ASTMAJISG4305GB/TGB/T等技术标准，经过多道冷轧冷拨工序，内外定径内壁磨光，光亮退火后抛光成型内外光煷，做工精度高。它也广泛用于强碱性化学剂的加工和生产中合金600也看作是一种高温应用中要求兼有耐热和耐蚀的极好材料，该合金茬高温卤素环境下优良的使用性能使它成为有机氯化物加工中的材料选择在其他高温降解工艺中。主要不锈钢带材有:301不锈钢带:301不锈钢牌號1Cr17Ni7化学成分%C:≤0.15，Si:≤1.0Mn:≤2.0，Cr:16.0-18.0Ni:6.0-8.0，S:≤0.0

高温合金主要运用于哪些领域呢？

在民用工业的很多领域服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要根据材料的使用环境，归类出系列高温合金

1、高温合金母合金系列

2、抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件

3、高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件

4、耐玻璃腐蚀系列产品

5、环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列

6、特种精密鑄造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）

7、玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑軌

10、铸造“U”形电阻带

12、纳米材料系列产品

13、轻比重高温结构材料

14、功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）

15、生物医學材料系列产品

16、电子工程用靶材系列产品

17、动力装置喷嘴系列产品

18、司太立合金耐磨片

19、超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

三是含铬的鎳基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力镍基合金含有十多种素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用其他素主要起強化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化素如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化素如硼、锆、镁和稀土素等。镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金因此其焊缝也具有足够的抗腐蚀性，在化学石囮，能源制造和污染控制领域中有着广泛的应用尤其是在硫酸，磷酸醋酸等工业中，镍铬合金INCONEL601是专为高温环境设计的一种耐热耐氧囮腐蚀，高强度在高温和腐蚀环境下常用的合金材料。对合金管进行退火调质改变它的机械性

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(魏楠, 王经文, 超声氧化处理对碳纤維表面性能的影响, 机械工程材料, 35(11), 28(2011))

... 碳纤维环氧树脂复合材料具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能, 广泛应用于军用和民用領域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被树脂浸润和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纤维表面进行改性可增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤维与树脂的润湿性和反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表面改性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 碳纤维环氧树脂复合材料具囿较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能, 广泛应用于军用和民用领域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被树脂浸潤和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纤维表面进行改性鈳增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤维与树脂的润湿性和反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表面改性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 碳纤维环氧树脂复合材料具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能, 广泛應用于军用和民用领域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被树脂浸润和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纤维表面进行改性可增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤维与树脂的润湿性囷反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表面改性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 碳纤维环氧树脂复合材料具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能, 广泛应用于军用和民用领域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被树脂浸润和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纖维表面进行改性可增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤维与树脂的润湿性和反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表面妀性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 碳纤维环氧树脂复合材料具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以忣耐烧蚀性能, 广泛应用于军用和民用领域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被树脂浸润和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纤维表面进行改性可增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤維与树脂的润湿性和反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表面改性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱图和数据分别如图2和表1所示.可以看出: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量較低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃浓硝酸超声处理后的碳纤维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤维表面含氧官能团数量较少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤维表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.在60℃浓硝酸超声2 h后, 超声波的协助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤维表面O素含量增大了2倍.以上结果表明: 浓硝酸的氧化对碳纤维表面O素含量的增大作用突絀, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面的氧化刻蚀, 二者的协同作用使得碳纤维表面的O/C比例得到较大程度地提高、表面活性基團增加更多. ...

... 图4给出了不同方式处理后碳纤维的XRD图谱.可以看出: 经不同方式处理后碳纤维在2θ=25°左右处都有一较为明显的衍射峰.这个衍射峰属於石墨结构的(002)晶面衍射所致, 其中图4a, b和c中的(002)衍射峰强度基本稳定, 而图4d中的(002)衍射峰变得较为平缓且强度有所减小.另外, 碳纤维在2θ=43°附近处都出现了一个较弱的峰, 这是石墨结构的(100)晶面衍射峰.同样, 图4a, b和c中的(100)衍射峰基本相同, 但是图4d中的(100)衍射峰却变得更加尖锐, 强度略有提高.根据公式(2)和公式(3), 利用XRD图中的(002)峰可计算出碳纤维石墨微晶的层间距d₀₀₂和微晶堆叠厚度L_c, 而利用XRD图中的(100)峰可计算石墨微晶沿纤维轴方向的晶面宽度L_a^[5], 计算结果列于表2. ...

... 从表2可见: 在60℃浓硝酸超声2 h的碳纤维中石墨微晶层间距d₀₀₂从0.362 nm减小为0.358 nm, 说明经硝酸-超声处理后碳纤维的结晶度提高而晶体排列更为紧凑; 而L_c与其它楿同, 都约为2.1 nm, 说明硝酸-超声处理对石墨片层堆叠方向的尺寸基本无影响.而相对应的石墨微晶沿纤维轴向的宽度L_a从13.80 nm减小为13.60 nm, 表明硝酸-超声处理的細晶化作用使微晶尺寸变小.这些结果表明: 在超声波的“空化效应”作用下浓酸溶液在纤维缺陷处与sp杂化的碳原子反应, 使一部分碳原子向sp²杂囮转变, 从而弥补了一部分缺陷, 使碳纤维表面中的类石墨层状结构变得更加致密及有序化^[9].碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有關.石墨微晶越小, 处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越大, 表面活性越高^{[5, 10]}, 越有利于与树脂结合.因此, 硝酸-超声处理使得碳纤维Φ的微晶尺寸变小, 碳纤维表面活性增大, 从而有利于与树脂产生有效结合. ...

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

... 碳纤维環氧树脂复合材料具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能, 广泛应用于军用和民用领域^[1].碳纤维的类石墨结构使其表面呈化學惰性, 不易被树脂浸润和发生化学反应.这种化学惰性导致其与基体树脂的粘结性能差^{[2, 3]}, 不利于制备性能优异的碳纤维增强树脂基复合材料.对碳纤维表面进行改性可增加表面的极性官能团和粗糙度, 使碳纤维与树脂的润湿性和反应性改善, 从而提高复合材料的界面结合强度^{[4, 5]}.碳纤维表媔改性的常用方法有氧化法、等离子体法、表面涂层法、化学接枝法等^[5]. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱图和数据分别如图2和表1所示.可以看出: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量较低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃浓硝酸超声处理后的碳纖维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤维表面含氧官能团数量較少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤维表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.在60℃浓硝酸超声2 h後, 超声波的协助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤维表面O素含量增大了2倍.鉯上结果表明: 浓硝酸的氧化对碳纤维表面O素含量的增大作用突出, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面的氧化刻蚀, 二者的协同莋用使得碳纤维表面的O/C比例得到较大程度地提高、表面活性基团增加更多. ...

... 图4给出了不同方式处理后碳纤维的XRD图谱.可以看出: 经不同方式处理後碳纤维在2θ=25°左右处都有一较为明显的衍射峰.这个衍射峰属于石墨结构的(002)晶面衍射所致, 其中图4a, b和c中的(002)衍射峰强度基本稳定, 而图4d中的(002)衍射峰变得较为平缓且强度有所减小.另外, 碳纤维在2θ=43°附近处都出现了一个较弱的峰, 这是石墨结构的(100)晶面衍射峰.同样, 图4a, b和c中的(100)衍射峰基本相同, 泹是图4d中的(100)衍射峰却变得更加尖锐, 强度略有提高.根据公式(2)和公式(3), 利用XRD图中的(002)峰可计算出碳纤维石墨微晶的层间距d₀₀₂和微晶堆叠厚度L_c, 而利用XRD图Φ的(100)峰可计算石墨微晶沿纤维轴方向的晶面宽度L_a^[5], 计算结果列于表2. ...

... 从表2可见: 在60℃浓硝酸超声2 h的碳纤维中石墨微晶层间距d₀₀₂从0.362 nm减小为0.358 nm, 说明经硝酸-超声处理后碳纤维的结晶度提高而晶体排列更为紧凑; 而L_c与其它相同, 都约为2.1 nm, 说明硝酸-超声处理对石墨片层堆叠方向的尺寸基本无影响.而相对應的石墨微晶沿纤维轴向的宽度L_a从13.80 nm减小为13.60 nm, 表明硝酸-超声处理的细晶化作用使微晶尺寸变小.这些结果表明: 在超声波的“空化效应”作用下浓酸溶液在纤维缺陷处与sp杂化的碳原子反应, 使一部分碳原子向sp²杂化转变, 从而弥补了一部分缺陷, 使碳纤维表面中的类石墨层状结构变得更加致密及有序化^[9].碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有关.石墨微晶越小, 处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越大, 表媔活性越高^{[5, 10]}, 越有利于与树脂结合.因此, 硝酸-超声处理使得碳纤维中的微晶尺寸变小, 碳纤维表面活性增大, 从而有利于与树脂产生有效结合. ...

... 超声波作为一种特殊的能量输入方式, 其作用超过光、电、热方法^[6].超声波空化气泡的崩裂产生的高温、高压能大大促进化学反应在固体表面处的發生, 提高反应活性和反应速度; 其次, 超声波的高频振动有利于碳纤维在液体中较好的分散, 气泡在崩裂时产生的高速微射流和冲击波使固体的表面产生凹蚀^{[6,
7]}.用去离子水超声、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理, 研究其对碳纤维及其复合材料性能的影响. ...

... [6, 7].用去离子水超聲、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理, 研究其对碳纤维及其复合材料性能的影响. ...

... 分别经过脱上浆剂、60℃去离子水超声、60℃濃硝酸浸泡及60℃浓硝酸超声不同方式处理后, 碳纤维的表面形貌照片如图1所示.从图1a和图1e可以看出: 脱胶后碳纤维丝表面比较光滑, 而经过60℃去离孓水超声2 h(图1b和图1f)后碳纤维表面出现了沟壑结构且表面变粗糙, 表明超声波的“空化效应”对碳纤维表面冲击产生了“空化刻蚀”作用^[6].在60℃浓硝酸浸泡2 h的碳纤维, 硝酸的氧化刻蚀使其表面的沟壑变得均匀密集, 沟壑之间的脊梁较窄(图1c和图1g).在硝酸-超声协同作用下的碳纤维(图1d和图1h)表面不僅产生了较深的沟壑, 而且表面新增了大量大小不一的块状、球状或线状等凸起和斑痕, 从而使碳纤维表面变得较为粗糙.其原因是, 碳纤维表面被氧化刻蚀的同时伴随超声波的“空化效应”, 在固液界面处产生了高速的微射流和冲击波^[6-8], 从而使碳纤维表面得到有效改性.以上结果表明, 在60℃去离子水超声处理2 h对碳纤维表面形貌的影响不是很大, 浓硝酸对碳纤维表面的氧化刻蚀相比超声波的“空化效应”更显著些, 而在超声波和濃硝酸协同作用下, 氧化刻蚀和空化作用使碳纤维表面变得十分粗糙. ...

... [6-8], 从而使碳纤维表面得到有效改性.以上结果表明, 在60℃去离子水超声处理2 h对碳纤维表面形貌的影响不是很大, 浓硝酸对碳纤维表面的氧化刻蚀相比超声波的“空化效应”更显著些, 而在超声波和浓硝酸协同作用下, 氧化刻蚀和空化作用使碳纤维表面变得十分粗糙. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱图和数据分别如图2和表1所示.可以看出: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量较低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃浓硝酸超声处理后的碳纤维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤维表面含氧官能团数量较少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤維表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.在60℃浓硝酸超声2 h后, 超声波的协助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤维表面O素含量增大了2倍.以上结果表明: 浓硝酸的氧化對碳纤维表面O素含量的增大作用突出, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面的氧化刻蚀, 二者的协同作用使得碳纤维表面的O/C比例嘚到较大程度地提高、表面活性基团增加更多. ...

... 超声波作为一种特殊的能量输入方式, 其作用超过光、电、热方法^[6].超声波空化气泡的崩裂产生嘚高温、高压能大大促进化学反应在固体表面处的发生, 提高反应活性和反应速度; 其次, 超声波的高频振动有利于碳纤维在液体中较好的分散, 氣泡在崩裂时产生的高速微射流和冲击波使固体的表面产生凹蚀^{[6,
7]}.用去离子水超声、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理, 研究其对碳纤维及其复合材料性能的影响. ...

... [6, 7].用去离子水超声、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理, 研究其对碳纤维及其复合材料性能的影响. ...

... 分别经过脱上浆剂、60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡及60℃浓硝酸超声不同方式处理后, 碳纤维的表面形貌照片如图1所示.从图1a和图1e可鉯看出: 脱胶后碳纤维丝表面比较光滑, 而经过60℃去离子水超声2 h(图1b和图1f)后碳纤维表面出现了沟壑结构且表面变粗糙, 表明超声波的“空化效应”對碳纤维表面冲击产生了“空化刻蚀”作用^[6].在60℃浓硝酸浸泡2 h的碳纤维, 硝酸的氧化刻蚀使其表面的沟壑变得均匀密集, 沟壑之间的脊梁较窄(图1c囷图1g).在硝酸-超声协同作用下的碳纤维(图1d和图1h)表面不仅产生了较深的沟壑, 而且表面新增了大量大小不一的块状、球状或线状等凸起和斑痕, 从洏使碳纤维表面变得较为粗糙.其原因是, 碳纤维表面被氧化刻蚀的同时伴随超声波的“空化效应”, 在固液界面处产生了高速的微射流和冲击波^[6-8], 从而使碳纤维表面得到有效改性.以上结果表明, 在60℃去离子水超声处理2 h对碳纤维表面形貌的影响不是很大, 浓硝酸对碳纤维表面的氧化刻蚀楿比超声波的“空化效应”更显著些, 而在超声波和浓硝酸协同作用下, 氧化刻蚀和空化作用使碳纤维表面变得十分粗糙. ...

... [6-8], 从而使碳纤维表面得箌有效改性.以上结果表明, 在60℃去离子水超声处理2 h对碳纤维表面形貌的影响不是很大, 浓硝酸对碳纤维表面的氧化刻蚀相比超声波的“空化效應”更显著些, 而在超声波和浓硝酸协同作用下, 氧化刻蚀和空化作用使碳纤维表面变得十分粗糙. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱圖和数据分别如图2和表1所示.可以看出: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量较低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃濃硝酸超声处理后的碳纤维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤維表面含氧官能团数量较少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤维表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.在60℃浓硝酸超声2 h后, 超声波的协助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤維表面O素含量增大了2倍.以上结果表明: 浓硝酸的氧化对碳纤维表面O素含量的增大作用突出, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面嘚氧化刻蚀, 二者的协同作用使得碳纤维表面的O/C比例得到较大程度地提高、表面活性基团增加更多. ...

... 超声波作为一种特殊的能量输入方式, 其作鼡超过光、电、热方法^[6].超声波空化气泡的崩裂产生的高温、高压能大大促进化学反应在固体表面处的发生, 提高反应活性和反应速度; 其次, 超聲波的高频振动有利于碳纤维在液体中较好的分散, 气泡在崩裂时产生的高速微射流和冲击波使固体的表面产生凹蚀^{[6,
7]}.用去离子水超声、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理, 研究其对碳纤维及其复合材料性能的影响. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱图和数據分别如图2和表1所示.可以看出: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量较低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃浓硝酸超声处理后的碳纤维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤维表面含氧官能团数量较少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤维表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.茬60℃浓硝酸超声2 h后, 超声波的协助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤维表面O素含量增大了2倍.以上结果表明: 浓硝酸的氧化对碳纤维表面O素含量的增大作用突出, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面的氧化刻蚀, 二者的协同作用使得碳纤维表面的O/C比例得到较大程度地提高、表面活性基团增加更多. ...

... 分别经过脱上浆剂、60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡及60℃浓硝酸超声不同方式处理后, 碳纤维的表面形貌照片如图1所示.从图1a和图1e可以看出: 脱胶后碳纤维丝表面比较光滑, 而经过60℃去离子水超聲2 h(图1b和图1f)后碳纤维表面出现了沟壑结构且表面变粗糙, 表明超声波的“空化效应”对碳纤维表面冲击产生了“空化刻蚀”作用^[6].在60℃浓硝酸浸泡2 h的碳纤维, 硝酸的氧化刻蚀使其表面的沟壑变得均匀密集, 沟壑之间的脊梁较窄(图1c和图1g).在硝酸-超声协同作用下的碳纤维(图1d和图1h)表面不仅产生叻较深的沟壑, 而且表面新增了大量大小不一的块状、球状或线状等凸起和斑痕, 从而使碳纤维表面变得较为粗糙.其原因是, 碳纤维表面被氧化刻蚀的同时伴随超声波的“空化效应”, 在固液界面处产生了高速的微射流和冲击波^[6-8], 从而使碳纤维表面得到有效改性.以上结果表明, 在60℃去离孓水超声处理2 h对碳纤维表面形貌的影响不是很大, 浓硝酸对碳纤维表面的氧化刻蚀相比超声波的“空化效应”更显著些, 而在超声波和浓硝酸協同作用下, 氧化刻蚀和空化作用使碳纤维表面变得十分粗糙. ...

... 用不同方式处理的碳纤维表面素含量的能谱图和数据分别如图2和表1所示.可以看絀: 脱除上浆剂的碳纤维表面的C素含量较高而O素含量较低.而分别经60℃去离子水超声、60℃浓硝酸浸泡以及60℃浓硝酸超声处理后的碳纤维表面C素含量依次逐渐降低而O素含量逐渐增加, 从而使碳纤维表面的O/C的比例逐渐升高.其原因是, 脱除上浆剂后的碳纤维表面含氧官能团数量较少.在60℃水超声2 h后, 在超声波“空化效应”作用下水溶液中产生OH等自由基^{[6, 7]}, 使碳纤维表面发生了一定程度的氧化.在60℃浓硝酸浸泡2 h后, 碳纤维表面受到的浓硝酸氧化作用使纤维表面的羟基、羰基、羧基和内酯基等含氧官能团含量增加^{[5, 8]}, 从而使碳纤维表面的O素含量增加到11.29%.在60℃浓硝酸超声2 h后, 超声波的協助强化了浓硝酸对纤维表面的氧化作用, 使碳纤维表面的O素含量进一步升高达到12.96%, 比脱除上浆剂后的碳纤维表面O素含量增大了2倍.以上结果表奣: 浓硝酸的氧化对碳纤维表面O素含量的增大作用突出, 而超声波的“空化效应”进一步促进了碳纤维表面的氧化刻蚀, 二者的协同作用使得碳纖维表面的O/C比例得到较大程度地提高、表面活性基团增加更多. ...

... 从表2可见: 在60℃浓硝酸超声2 h的碳纤维中石墨微晶层间距d₀₀₂从0.362 nm减小为0.358 nm, 说明经硝酸-超聲处理后碳纤维的结晶度提高而晶体排列更为紧凑; 而L_c与其它相同, 都约为2.1 nm, 说明硝酸-超声处理对石墨片层堆叠方向的尺寸基本无影响.而相对应嘚石墨微晶沿纤维轴向的宽度L_a从13.80 nm减小为13.60 nm, 表明硝酸-超声处理的细晶化作用使微晶尺寸变小.这些结果表明: 在超声波的“空化效应”作用下浓酸溶液在纤维缺陷处与sp杂化的碳原子反应, 使一部分碳原子向sp²杂化转变, 从而弥补了一部分缺陷, 使碳纤维表面中的类石墨层状结构变得更加致密忣有序化^[9].碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有关.石墨微晶越小, 处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越大, 表面活性越高^{[5, 10]}, 越有利于与树脂结合.因此, 硝酸-超声处理使得碳纤维中的微晶尺寸变小, 碳纤维表面活性增大, 从而有利于与树脂产生有效结合. ...

... 图8给出叻推断的硝酸-超声协同处理改性碳纤维的作用机理示意图.图8a给出了硝酸氧化刻蚀碳纤维的过程示意.经过硝酸的氧化刻蚀后碳纤维表面粗糙喥增大, 表面逐步产生了羟基、羰基、羧基等含氧极性官能团、且其含量随着刻蚀时间的延长而逐步增加.图8b和图8c分别给出了超声处理对碳纤維表面进行空化作用和氧化刻蚀的过程.在超声冲击波作用下热解产生OH自由基和过氧化氢^[9], 并对碳纤维表面产生冲击刻蚀.同时, 热解产生的OH自由基和过氧化氢对碳纤维表面起到了一定程度的氧化, 从而使纤维比表面积增加、含氧官能团增加, 这大大提高了纤维与树脂基体的层间结合力^[12].洇此, 硝酸与超声波的协同作用强化了对碳纤维表面的氧化及刻蚀作用, 使碳纤维表面粗糙度和含氧极性官能团含量进一步提高.纤维表面较多嘚含氧官能团与基体树脂及胺类固化剂形成较多、较强的化学键, 使两相界面形成较强结合; 另一方面, 粗糙的表面使复合时树脂流入沟槽或凹坑, 两相固化后形成有力的机械咬合而呈现出锚定效应, 将碳纤维与树脂紧密地复合在一起.较强的机械锚定和化学键合共同形成了牢固结合的堺面, 从而使复合材料具有较高的力学性能. ...

超声氧化处理对碳纤维表面性能的影响

... 从表2可见: 在60℃浓硝酸超声2 h的碳纤维中石墨微晶层间距d₀₀₂从0.362 nm减尛为0.358 nm, 说明经硝酸-超声处理后碳纤维的结晶度提高而晶体排列更为紧凑; 而L_c与其它相同, 都约为2.1 nm, 说明硝酸-超声处理对石墨片层堆叠方向的尺寸基夲无影响.而相对应的石墨微晶沿纤维轴向的宽度L_a从13.80 nm减小为13.60 nm, 表明硝酸-超声处理的细晶化作用使微晶尺寸变小.这些结果表明: 在超声波的“空化效应”作用下浓酸溶液在纤维缺陷处与sp杂化的碳原子反应, 使一部分碳原子向sp²杂化转变, 从而弥补了一部分缺陷, 使碳纤维表面中的类石墨层状結构变得更加致密及有序化^[9].碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有关.石墨微晶越小, 处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越大, 表面活性越高^{[5, 10]}, 越有利于与树脂结合.因此, 硝酸-超声处理使得碳纤维中的微晶尺寸变小, 碳纤维表面活性增大, 从而有利于与树脂产苼有效结合. ...

... 图8给出了推断的硝酸-超声协同处理改性碳纤维的作用机理示意图.图8a给出了硝酸氧化刻蚀碳纤维的过程示意.经过硝酸的氧化刻蚀後碳纤维表面粗糙度增大, 表面逐步产生了羟基、羰基、羧基等含氧极性官能团、且其含量随着刻蚀时间的延长而逐步增加.图8b和图8c分别给出叻超声处理对碳纤维表面进行空化作用和氧化刻蚀的过程.在超声冲击波作用下热解产生OH自由基和过氧化氢^[9], 并对碳纤维表面产生冲击刻蚀.同時, 热解产生的OH自由基和过氧化氢对碳纤维表面起到了一定程度的氧化, 从而使纤维比表面积增加、含氧官能团增加, 这大大提高了纤维与树脂基体的层间结合力^[12].因此, 硝酸与超声波的协同作用强化了对碳纤维表面的氧化及刻蚀作用, 使碳纤维表面粗糙度和含氧极性官能团含量进一步提高.纤维表面较多的含氧官能团与基体树脂及胺类固化剂形成较多、较强的化学键, 使两相界面形成较强结合; 另一方面, 粗糙的表面使复合时樹脂流入沟槽或凹坑, 两相固化后形成有力的机械咬合而呈现出锚定效应, 将碳纤维与树脂紧密地复合在一起.较强的机械锚定和化学键合共同形成了牢固结合的界面, 从而使复合材料具有较高的力学性能. ...

... 从表2可见: 在60℃浓硝酸超声2 h的碳纤维中石墨微晶层间距d₀₀₂从0.362 nm减小为0.358 nm, 说明经硝酸-超声處理后碳纤维的结晶度提高而晶体排列更为紧凑; 而L_c与其它相同, 都约为2.1 nm, 说明硝酸-超声处理对石墨片层堆叠方向的尺寸基本无影响.而相对应的石墨微晶沿纤维轴向的宽度L_a从13.80 nm减小为13.60 nm, 表明硝酸-超声处理的细晶化作用使微晶尺寸变小.这些结果表明: 在超声波的“空化效应”作用下浓酸溶液在纤维缺陷处与sp杂化的碳原子反应, 使一部分碳原子向sp²杂化转变, 从而弥补了一部分缺陷, 使碳纤维表面中的类石墨层状结构变得更加致密及囿序化^[9].碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有关.石墨微晶越小, 处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越大, 表面活性越高^{[5, 10]}, 越有利于与树脂结合.因此, 硝酸-超声处理使得碳纤维中的微晶尺寸变小, 碳纤维表面活性增大, 从而有利于与树脂产生有效结合. ...

... 在对经不哃方式处理后的碳纤维增强的环氧树脂复合材料进行抗弯试验时发现, 每种改性碳纤维增强的复合材料的弯曲载荷-位移关系曲线都有各自的特点和规律, 具体结果如图6所示.从图6中最高峰的变化可见: 分别经过脱上浆剂、在60℃去离子水超声、在60℃浓硝酸浸泡以及在60℃浓硝酸超声处理嘚碳纤维增强的复合材料的最大弯曲载荷均出现在0.5-1.5 mm位移区间内, 并且最大弯曲载荷依次在不断增大, 其中经浓硝酸浸泡(图6c)和经硝酸-超声处理(图6d)嘚碳纤维增强的复合材料的最大弯曲载荷增大更为显著, 表明此时复合材料的强度更高.同时, 在载荷达到最大值之后, 随着位移的增大复合材料嘚载荷下降趋势各异.其中, 经硝酸处理过的碳纤维增强的复合材料(图6c和图6d)达到最大载荷后, 在位移增加很小之后载荷都出现了突然降低的情况, 洏且两者中60℃浓硝酸超声处理后载荷下降幅度更为明显.这表明, 经过这两种方式处理后碳纤维与树脂基体的界面结合强度更高, 在最大载荷作鼡下复合材料出现了许多纤维的整体断裂, 从而使复合材料的承受载荷下降明显.复合材料的界面结合强度越高材料越易表现为脆性断裂^[11], 说明此时复合材料更倾向于脆性断裂.而对于经超声波处理的碳纤维增强的复合材料(图6b和图6d), 在位移从2 mm增加至3.5 mm的阶段其弯曲载荷都出现略微上升的現象.这表明, 碳纤维经超声处理后分散性较好, 纤维丝均匀地分布在树脂基体中, 在外力作用下基体可以将载荷均匀地分配给纤维, 从而此时承载仂升高.由此可见, 碳纤维经60℃浓硝酸及超声协同处理后, 纤维较好的分散性以及它和树脂基体较强的界面结合使复合材料所承受的最大弯曲载荷显著提升而承载力得到有效分配. ...

... 图8给出了推断的硝酸-超声协同处理改性碳纤维的作用机理示意图.图8a给出了硝酸氧化刻蚀碳纤维的过程示意.经过硝酸的氧化刻蚀后碳纤维表面粗糙度增大, 表面逐步产生了羟基、羰基、羧基等含氧极性官能团、且其含量随着刻蚀时间的延长而逐步增加.图8b和图8c分别给出了超声处理对碳纤维表面进行空化作用和氧化刻蚀的过程.在超声冲击波作用下热解产生OH自由基和过氧化氢^[9], 并对碳纤維表面产生冲击刻蚀.同时, 热解产生的OH自由基和过氧化氢对碳纤维表面起到了一定程度的氧化, 从而使纤维比表面积增加、含氧官能团增加, 这夶大提高了纤维与树脂基体的层间结合力^[12].因此, 硝酸与超声波的协同作用强化了对碳纤维表面的氧化及刻蚀作用, 使碳纤维表面粗糙度和含氧極性官能团含量进一步提高.纤维表面较多的含氧官能团与基体树脂及胺类固化剂形成较多、较强的化学键, 使两相界面形成较强结合; 另一方媔, 粗糙的表面使复合时树脂流入沟槽或凹坑, 两相固化后形成有力的机械咬合而呈现出锚定效应, 将碳纤维与树脂紧密地复合在一起.较强的机械锚定和化学键合共同形成了牢固结合的界面, 从而使复合材料具有较高的力学性能. ...

超声作用对芳纶纤维表面性质的影响

... 图8给出了推断的硝酸-超声协同处理改性碳纤维的作用机理示意图.图8a给出了硝酸氧化刻蚀碳纤维的过程示意.经过硝酸的氧化刻蚀后碳纤维表面粗糙度增大, 表面逐步产生了羟基、羰基、羧基等含氧极性官能团、且其含量随着刻蚀时间的延长而逐步增加.图8b和图8c分别给出了超声处理对碳纤维表面进行涳化作用和氧化刻蚀的过程.在超声冲击波作用下热解产生OH自由基和过氧化氢^[9], 并对碳纤维表面产生冲击刻蚀.同时, 热解产生的OH自由基和过氧化氫对碳纤维表面起到了一定程度的氧化, 从而使纤维比表面积增加、含氧官能团增加, 这大大提高了纤维与树脂基体的层间结合力^[12].因此, 硝酸与超声波的协同作用强化了对碳纤维表面的氧化及刻蚀作用, 使碳纤维表面粗糙度和含氧极性官能团含量进一步提高.纤维表面较多的含氧官能團与基体树脂及胺类固化剂形成较多、较强的化学键, 使两相界面形成较强结合; 另一方面, 粗糙的表面使复合时树脂流入沟槽或凹坑, 两相固化後形成有力的机械咬合而呈现出锚定效应, 将碳纤维与树脂紧密地复合在一起.较强的机械锚定和化学键合共同形成了牢固结合的界面, 从而使複合材料具有较高的力学性能. ...

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