炭/炭复合材料制造硅晶体生长坩埚初探

多晶硅用直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)拉制成单晶硅棒。晶体生长炉热场零件中的石墨发热体、坩埚等在机械应力和热应力的综合作用下发生变形或损坏造成失效,更换频繁。选用纯度高的炭纤维制成待制件的多孔坯体,经过增密、纯化处理制成炭／炭复合材料坩埚。试制的两体12″炭／炭复合材料坩埚进行了工业性试验。炭／炭复合材料机械强度高、耐热冲击性能和化学稳定性好,其使用寿命大大高于高纯石墨坩埚。两体的连接止口的氧化侵蚀限制了坩埚的使用寿命。单晶硅设备的大型化、炭／炭复合材料势必成为晶体生长炉热场零件的必选材料。     

CF/CVD/树脂炭复合材料的摩擦性能

采用针刺炭纤维整体毡作为骨架，经CVD致密，树脂浸渍固化增密及炭化，石墨化后制得C/C复合材料，研究了CVD炭和树脂炭含量对摩擦性能的影响。实验结果表明：CVD炭具有典型显微组织是材料具有良好摩擦性能的保证；C/C复合材料中加入适量的树脂炭不会影响材料的摩擦性能；摩擦系数大小不一定和摩损率成对应关系。     

不同C/C复合材料飞机刹车盘基本性能的对比分析

通过对比分析Dunlop、 B.F.Goodrich、Missier、Bendix和中南大学粉末冶金研究所制备的几种炭/炭复合材料的显微组织、石墨化度、导热系数、洛氏硬度、抗压、抗弯、层间剪切强度、摩擦磨损性能后,得出如下结论:C/C复合材料作为一种性能优良的制动材料,必须具有合理的炭纤维骨架结构,一定比例的粗糙层气相沉积炭结构,较高的石墨化度和垂直摩擦面方向上的导热系数;我国具有自己知识产权的C/C复合材料飞机刹车盘的研制工作已取得了较大的进展和突破,其各项性能指标与国外同类产品性能相当。     

飞机炭刹车盘的快速气相沉炭

研制了热梯度定向气流法制备炭／炭复合材料飞机刹车盘的设备,通过对气相沉炭工艺的优化,可以达到快速气相沉炭的目的,设备的能源消耗低,原料气的有效利用率高,材料的热导率高,摩擦性能好,肋的生产成本低。     

国产炭\炭复合材料飞机刹车盘试飞成功通过鉴定

由兰州炭素厂研究所研制的新一代飞机用刹车材料部件-炭/炭复合材料飞机刹车盘在国外技术垄断,国内无先例可循的情况下,由于上级领导机关的全力支持,有关协作单位的密切配合和课题组全体同志的努力,经过十二年的艰苦探索和实践,继1988年12月歼7型飞机用炭刹车盘,通过冶金工业部和航空航天工业部的联合评审,同意装机试飞后,又于1990年6月22日,首次在歼7     

炭/炭复合材料的结构和强度

1.复合材料的扬氏模量图1表示按照简单的配比规则预先计算的扬氏模量。由于纤维和基质两者的扬氏模量相差很大(见图1中的应力一应变曲线),故在复合材料中,通常将基质的扬氏模量所起的作用忽略不计。     

碳/碳复合材料飞机刹车盘的研制取得新进展

用炭素制品来做飞机用刹车盘,英、美在1966年开始研究,1972年试用。目前,新型军用机,民航机大都采用炭盘来制动。由国营514厂提出,兰州炭素厂于1978年开始了“炭/炭复合材料飞机刹车盘”的研究。1983年末,对φ90×14mm的磨擦试环刹车性能,在国内首次通过了省级鉴定。     

热处理温度对炭／炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度的最终热处理后的微观结构、石墨化度和抗弯强度进行了对比研究．研究结果表明：随着最终热处理温度的升高，在偏振光下，易石墨化的热解炭光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距逐渐缩小，石墨化度有较大幅度的提高；同时，由于基体炭与炭纤堆的热膨胀系数存在差别，随着热处理温度的升高，基体与增强纤维的的结合强度降低，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低，但材料的应变性增强，材料的断裂形式由脆断转为假塑性断裂.     

热处理温度对炭/炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明：随着最终热处理温度的提高，易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距缩小，石墨化度有较大提高；平行炭布方向的导热系数和垂直炭布方向的导热系数均有上升。同时，由于基体炭与炭纤维两者热膨胀系数的差别，热处理温度的提高，降低了基体与增强纤维的的结合强度，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低。试验还表明：随着热处理温度的提高，炭／炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜，摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态，磨损量下降明显。经l800℃热处理的质量损失主要是由氧化造成的。