不同预制体结构C/C复合材料的CVI致密化行为

采用化学气相渗透(CVI)工艺分别对整体毡和针刺毡厚壁预制体进行了500 h的致密化,研究了2种预制体的致密化效率、微观结构及密度分布情况。结果表明:预制体结构对C/C复合材料的致密化行为影响较大。致密化前期,整体毡预制体表现出较高的致密化效率,后期效率下降较快,热解炭包裹在纤维之间,材料内部密度分布不均,呈现两边高中间低的现象。针刺预制体在CVI前期致密化效率较低,热解炭主要包裹在纤维束外,致密化后期致密化效率下降较慢,致密后材料内部密度分布均匀。与整体毡预制体相比,针刺预制体的孔隙平直,分布均匀,更有利于碳源气体的深入渗透以获得均匀的密度分布。     

碳毡自加热热解沉积致密化工艺初探

本文通过对不同尺寸、叠层层数,密度,形状和孔洞的碳毡进行自加热研究,探究了不同物性参数碳毡预制体的自加热规律,并进一步进行了自加热热解沉积制备C／C复合材料的可行性研究。研究发现：预制体在加热中能维持高温,并能在预制体中形成一定的逆向温度梯度,在自加热的工艺条件下,热解沉积制备C／C复合材料工艺是完全可行的。     

甲烷CVI工艺致密不同尺寸炭/炭复合材料实验与数值模拟研究

在温度为1 348 K,压强15 kPa和停留时间1.0 s下,以甲烷为前驱体对两种不同厚度(16 mm和26 mm)2D炭纤维布预制体进行CVI热解炭致密。经120 h致密化后,将制备得到的炭/炭复合材料进行均匀切分,并测量样品的密度分布。实验结果表明,对于不同厚度的预制体,致密化后在气体流动的外侧密度都偏高,且样品密度都随着距气流外侧的距离增加而逐渐降低。通过耦合热解炭沉积反应机理和氢气抑制模型,模拟甲烷在两种不同厚度预制体的CVI致密化过程。计算获得的致密化后样品密度分布的模拟结果与实验结果较为接近,从而表明了该模拟方案的合理性与实用价值。     

载气对碳/碳复合材料致密化过程及微观结构的影响

以天然气作为碳源,以H_2和N_2为载气,采用等温化学气相沉积工艺制备碳/碳复合材料。采用偏光显微镜、SEM、万能试验机等表征所制备碳/碳复合材料的微观结构、密度变化和力学性能等。研究了碳源气体与载气比例对碳/碳复合材料致密化速率和热解碳微观结构以及力学性能的影响。结果表明:载气对碳/碳复合材料的致密化速率以及微观结构有重要影响(相对于不添加载气的情况,添加H_2和N_2的混合气体后,碳/碳复合材料的最终密度从1.42g/cm~3提高到1.71g/cm~3,而密度梯度Δρ从0.15g/cm~3降到0.04g/cm~3)。H2对优化气相裂解成分,抑制致密化初期的表面结壳、促进高织构热解碳的形成有显著影响,而N_2则对抑制致密化后期的表面结壳效果显著。     

液相法快速制备炭/炭复合材料的动力学及微观结构研究

以航空煤油为前驱体,普通炭毡为预制体,采用液相法快速制备出了炭/炭(C/C)复合材料(150mm×80mm×15mm),系统压力:0.1MPa,沉积温度:980～1180℃。对制备过程的动力学及微观组织结构进行了研究,并初步提出了以航空煤油为前驱体的液相法的沉积模式。研究结果表明:其表观活化能为30.31kJ/mol,沉积速率最快可达0.222g·cm-3·h-1,比传统等温CVI工艺快了近2个数量级;致密化初期,沉积过程受控于化学反应动力学,沉积速率很快,而在致密化中、后期,由于反应气体的传输受到限制,且预制体的表面活性位增加,沉积速率下降,试样的沉积主要包括其内部孔隙的致密和外表面的沉积两部分;沉积温度对致密化过程起着很重要的作用,在1080℃,样品的沉积过程受传输限制的影响最小,孔隙沉积速率最大,可以在10h内将样品的密度从0.167g/cm3提升到1.7g/cm3,致密化结构最均匀,且以RL组织为主,沉积温度偏低或偏高都会降低其沉积速率,且有SL及ISO组织生成。     

旋转CVI快速沉积热解碳基体

采用一种新的CVI工艺(旋转CVI)进行了二维碳布沉积热解碳基体的实验研究.通过实验优化工艺参数,在低压(5 kPa)、高温(1 100 ℃)、体积分数为62.5%的C3H6与3.5 mm.min-1的碳布旋转线速度条件下,获得了微观孔隙中0.25 μm.h-1的热解碳沉积速度、约7%的C3H6转化率与理想的热解碳基体形貌.分析了旋转CVI工艺中沉积温度和C3H6浓度等分别对沉积速度、热解碳基体形貌及C3H6转化率的影响.     

高温气冷堆包覆燃料颗粒－致密热解碳层包覆工艺研究

致密热解碳层是高温气冷堆包覆燃料颗粒必要的组份，本文介绍了致密热解碳层的功能和要求，研究了热解沉积温度对热解碳密度，沉积效率和沉积速率的影响。制备密度为１．９０±０．１０ｇ／ｃｍ３．致密热解碳层的温度范围是１３６０～１４２０℃，根据试验研究所获得的数据进行了工艺设计，实验结果与预期值基本符合。     

以环己烷为前驱体制备炭/炭复合材料

以环己烷为前驱体利用化学液气相沉积工艺,采用针刺炭纤维毡为预制体,制备了具有光滑层和粗糙层结构的炭/炭复合材料。利用金相显微镜、高分辨扫描电子显微镜进行了材料的微观组织结构的分析,分析了在不同位置不同织构热解炭的形成机理。同时阐述了化学液气相沉积工艺原理。实验结果表明,通过调整工艺参数,利用化学液气相沉积工艺可以制备具有不同微观组织结构的炭/炭复合材料。     

碳/碳复合材料等温化学气相渗透工艺模糊系统建模

等温化学气相渗透(chemical vapor infiltration，CVI)是制备陶瓷基和碳基复合材料重要的传统工艺，该工艺主要的不足之处是周期极长，因此，优化工艺参数、提高沉积效率是目前等温CVI工艺研究的重点。在实验样本的基础上，利用遗传算法来自动获取和优化模糊规则，从而建立了碳／碳复合材料等温CVI工艺模糊系统。通过系统对训练样本和测试样本的输出，可以看出：系统具有较高的精度和泛化能力。利用该系统，得到了沉积温度、纤维体积分数和沉积室压强等参数对等温CVI工艺的影响规律，对实际生产中CVI工艺的制定有指导意义。     

预制体孔隙结构对炭/炭复合材料ICVI制备工艺的影响

研究了预制体孔隙结构对ICVI工艺致密化过程及基体热解炭微观结构的影响。结果表明：2D针刺炭毡致密化速度高于炭布叠层预制体，1K炭布叠层预制体的致密化速度高于3K炭布叠层；在致密化过程中，热解炭均匀沉积在纤维表面，预制体AS／VR比值变化是导致热解炭微观结构发生改变的根本原因。     

C／C镜筒复合材料的性能研究

镜筒是高分辨率光学望远镜中的重要零件,其选材和加工质量的好坏及刚度直接决定着最终产品的性能。本试验研究了所研制C／C镜筒复合材料的力学、热学性能,分析了体积密度、炭纤维角度变化以及最终工艺状态对c／c复合材料热膨胀系数的影响。研制的C／C复合材料试验件环向拉伸强度≥160MPa,-40E～60℃线膨胀系数仅为-0．09×10^-6 ／K,在满足各项性能指标要求的基础上,成功通过正弦、脉冲振动、动力冲击、真空出气性、光反射等一系列试验考核。     

炭/炭复合材料界面微观结构的研究

炭纤维增强炭基（炭／炭）复合材料中的界面结构直接影响着炭／炭材料的力学、热物理等各种性能。采用SEM、TIM等微观观察手段,就几种炭／炭复合材料界面的微观结构进行考察。对观察到的炭纤维与基体炭间的界面、同一纤维束中两根纤维间的界面,基体与其他外加物质间的界面、不同取向炭纤维间的界面、不同基体前驱体层间的界面等界面类型的细微结构进行了图示分析与讨论。     

C／C复合材料的工程化致密技术进展

20世纪90年代以来，世界各国均致力于开发C／C复合材料的工程化致密技术，以达到降低成本，拓展民用领域的目的。经过20多年的艰辛攻关，在快速化学气相渗透和新型液相浸渍炭化致密技术方面取得了长足的进步，为拓展C／C复合材料在民用领域的应用，奠定了良好的基础。     

高温下炭/炭复合材料对钛合金组织及性能的影响

将炭／炭复合材料与钛合金紧密接触并进行高温热处理，采用SEM、EDX、光学显微镜和三点弯曲测试，研究其高温热处理后炭／炭复合材料对钛合金组织结构和力学性能的影响。结果表明：炭／炭复合材料与钛合金在高温下几乎不发生反应；炭／炭复合材料中的碳元素未进入钛合金结构中；随热处理温度的升高和时间的延长，钛合金的室温弯曲强度减小，断裂特性由最初的韧性断裂转变为脆性断裂，钛合金的晶相结构中的网篮组织减少，等轴组织增多。     

航空刹车及发动机用炭／炭复合材料的研究应用现状

介绍了航空刹车用炭/炭（简称C/C）复合材料及其再生技术研究应用的国内外状况,以及航空发动机用C/C复合材料研究的最新进展,论述了目前研究中要解决的关键问题。     

基体炭对无粘结剂C/C复合材料性能的影响

研究了在相同的工作制度下，基体炭（生石油焦）的热物理性质，机械 化学处理后的主要特征（粒径、比表面、含氧官能团），结果表明，在所选用的基体炭源中，荆门生焦更适合作为无粘结剂C／C复合材料的基体炭。     

限域变温强制流动CVI工艺制备C／C复合材料的组织及力学性能特点研究

分析了采用限域变温强制流动CVI工艺制备C/C复合材料的组织及力学性能的特点,结合C/C复合材料的组织形成规律和组织对性能的影响规律,详细研究了在同一工艺条件下所获得的具有不同组织和不同力学性能的C/C复合材料的力学性能及组织分布规律,并从微观组织结构的角度对力学性能的变化规律给予解释。     

预制体结构对炭／炭复合材料力学性能影响

四种用于制备炭／炭（C／C）复合材料的预制体，即1K发布叠层坯体（1#坯体），3K发布叠层坯体（4#坯体），发市 炭纸叠层坯体（2#坯体），特殊炭毡 发布叠层坯体（3#坯本），并探索了预制体结构对C／C复合材料力学性能影响．研究表明：用1#坯体制备的C／C复合材料弯曲强度最高，2#坏体制备的材料弯曲强度最低，随著炭纤维（CF）体积含量的增加，用四种坯体制备的材料弯曲强度增大。确定了弯曲强度的优化配方．     

俄罗斯航空刹车用C/C复合材料的研究现状

介绍了俄罗斯航空用Ｃ／Ｃ复合材料的发展现状、工艺路线、应用状况,并对工艺特点进行了评价。     

炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。