CVD法制备C/C复合材料沉积炉流场数值模拟北大核心

化学气相沉积(CVD)法是目前制备C/C复合材料的首选方法,沉积炉内流场的均匀性直接影响目标产物的质量及产量。本文建立了CVD法制备C/C复合材料的沉积炉内气体流动仿真模型,采用计算流体力学方法对沉积炉内流场进行模拟,并研究主要工艺参数对沉积炉内流场分布的影响规律。结果表明,产品区域气体呈现低速均匀的流动特征,真空度增大会导致沉积炉内气体流速显著增加,但对流场均匀性几乎无影响;采用各路相同的送气方式时沉积炉内流场分布比中心增大的送气方式更均匀;较小进气量可以使沉积炉内流场更均匀。     

高性能C/C复合材料制备工艺研究

对制备C/C复合材料的化学气相渗透工艺进行了系统的实验研究,着重分析了热解碳的沉积过程。研究表明,在化学气相渗透的初始阶段,热解碳主要在碳纤维表面沉积,并与碳纤维之间形成了界面结合;随后,热解碳的沉积继续填充碳纤维预制体内部的气孔。这一过程有助于缓解纤维与陶瓷基体之间的界面应力。研究表明,通过调节热解碳的沉积时间可以得到具有一定密度梯度的C/C复合材料。     

C/C复合材料高温纯化与致密化技术研究

为实现光伏设备中炭素热场材料的循环使用,对硅化腐蚀后的C/C复合材料采用先纯化、再沉积的工艺路线,研究了不同工艺对C/C复合材料体积密度、抗折强度、物相组成以及微观元素分布的变化情况.结果表明:采用高温还原纯化法可大幅降低C/C复合材料中存在的Si元素,且纯化次数越多,纯化效果越明显.与此同时,在经过气相沉积后,材料密...     

C/C刹车盘制备工艺的研究

选择整体针刺毡为预制体,致密化工艺采用气相沉积(CVD),以天然气和丙烷的混合气体为原料,制备C/C刹车盘。其热解炭以粗糙体为主,摩擦曲线平稳,没有湿态衰减,沉积时间短。     

化学气相沉积致密针刺C/C复合材料的结构及力学性能研究

以T300炭纤维无纬布、网胎为原材料,层叠针刺成型炭纤维预制体,并采用化学气相沉积工艺对预制体进行致密,制成密度为1.55 g/cm3的针刺C/C复合材料。对针刺C/C复合材料的微观结构进行了观察分析,并对材料力学性能进行了测试。结果表明:化学气相沉积致密的针刺C/C复合材料呈现出以层间大量垂直纤维束为节点的类钉板状网状结构,这种特殊结构使材料层间结合更好,材料整个结构更加紧密;针刺C/C复合材料内部纤维被沉积形成的热解炭所包裹,热解炭的织构类型为光滑层(SL)和粗糙层(RL)并存;针刺C/C复合材料的各项力学性能均达到了较高水平,并且高温力学性能比常温力学性能有了很大幅度的提高。     

CVI工艺参数对C／C复合材料均匀致密化的影响

CVI工艺参数对炭／炭（carbon／carbon,C／C）复合材料的致密化速率、密度分布和性能有重要的影响,通过控制工艺参数可以在保证致密化速率的同时获得密度均匀分布的C／C复合材料,本文讨论了AS／VR比值、碳源气体、碳源气体分压、沉积温度和气体滞留时间对C／C复合材料均匀致密化的影响及这几个工艺参数的协同作用。     

C/C复合材料正压CVI工艺的实验探索

研究了沉积温度、反应气浓度等因素对沉积过程的影响,并对所得试样的微观组织结构及其内部孔隙的分布规律进行了分析。研究表明,当沉积温度低于900℃时,可以避免或减少沉积过程中炭黑的生成,在该前提下,正压CVI工艺可在较短时间内制备出具有合理微观组织结构的C／C复合材料制作,因此提高了反应气体的利用率,正压CVI工艺是一种低成本的C／C复合材料制备工艺。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。     

载气条件对C/C复合材料CVI致密化效率及性能的影响研究

以天然气为碳源前驱体、N₂作为载气,采用等温、等压化学气相渗透(CVI)工艺,对初始密度为0.42g/cm³的预制体针刺毡进行致密得到C/C复合材料,本文研究了载气条件对C/C复合材料的致密化效率、微观结构及性能的影响。研究结果表明,沉积温度1050℃、沉积压力4KPa条件下,沉积120h后送N₂(天然气与N₂的比例为5∶1),300h致密化后C/C复合材料的密度可达到1.46g/cm³,表观和内层的密度差异仅为0.07g/cm³;复合材料表面可看到明显的预制体孔隙,未出现结壳情况;弯曲强度可达到107.8MPa,断口形貌以假塑性断裂为主,纤维与热解碳之间结合良好;在1000℃下垂直纤维方向的最大热膨胀系数仅为0.925×10^-6/℃,说明复合材料具有优异的热力学性能。     

大型整体毡炭/炭复合材料的密度分布及影响

研究了采用化学气相沉积(CVD)和树脂浸溃／固化／碳化相结合的致密工艺制备的大型整体毡炭／炭复合材料的密度、开孔率及压缩强度的分布状况，分析了致密化工艺中存在的可能造成这种分布现象的因素并讨论了密度分布可能带来的影响。     

Solid-state reactions of silicon carbide and chemical vapor deposited niobium

Niobium films were deposited on silicon carbide by chemical vapor deposition using niobium chloride and hydrogen at a temperature range of 900–1300°C. The solid-state reactions between the deposited niobium and silicon carbide matrix were studied by examining the obtained films using X-ray diffraction and energy dispersion spectroscopy. The results indicated that niobium silicides could be formed at the beginning, which blocked further reactions between carbon and niobium to form niobium carbides. When the deposition temperature was increased, silicon would diffuse outward, which allowed the formation of niobium carbides. The reaction process and mechanism are discussed based on the thermodynamics and kinetics.     

基体改性剂含量对C/C复合材料抗氧化性能的影响

采用氧化烧蚀试验研究了改性剂硼玻璃含量对Ｃ／Ｃ复合材料抗氧化性能的影响,通过扫描电镜（ＳＥＭ）观察分析了其抗氧化机理。结果表明：随着改性剂硼玻璃含量的增加,基体改性Ｃ／Ｃ复合材料的显气孔率逐渐降低,抗氧化能力逐渐增强,当硼玻璃的含量超高９．０ｗｔ％后,Ｃ／Ｃ复合材料抗氧化能力的提高趋于平缓;在基体改性Ｃ／Ｃ复合材料的氧化过程中,改性剂硼玻璃起到了内外涂层的作用,使其抗氧化能力大大提高。     

沥青基C/C复合材料浸渍过程的模拟

研究了沥青基C／C复合材料的浸渍过程，把沥青对预制体的浸渍分为束间浸渍和束内浸渍两个阶段，并同时考虑了浸渍过程中沥青中的喹啉不溶物在预制体表面的沉积，建立了束间浸渍模型和束内浸渍模型。使用Matlab软件对模型进行求解并实现了模拟结果的图形化。结果显示：浸渍效率随浸渍压力、浸渍时间的增加而增加，速率逐渐变缓；浸渍效率随孔隙率的增加而增加，速率逐渐增大；浸渍效率以近似正比关系随纤维束平均半径的增加而增加，并随浸渍过程的进行逐渐减小。验证显示模拟结果较好地符合了实验数据，说明了该模型的合理性。     

C,CO and CO2 hydrogenation on cobalt foil model catalysts: evidence for the need of CoO reduction

The hydrogenation of C, CO, and CO₂ has been studied on polycrystalline cobalt foils using a combination of UHV studies and atmospheric pressure reactions in temperature range from 475 to 575 K at 101 kPa total pressure. The reactions produce mainly methane but with selectivities of 98, 80, and 99 wt% at 525 K for C, CO, and CO₂, respectively. In the C and CO₂ hydrogenation the rest is ethane, whereas in CO hydrogenation hydrocarbons up to C₄ were detected. The activation energies of methane formation are 57, 86, and 158 kJ/mol from C, CO, and CO₂, respectively. The partial pressure dependencies of the CO and CO₂ hydrogenation indicate roughly first order dependence on hydrogen pressure (1.5 and 0.9), negative first order on CO (–0.75) and zero order on CO₂ (–0.05). Post reaction spectroscopy revealed carbon deposition from CO and oxygen deposition from CO₂ on the surface above 540 K. The reduction of cobalt oxide formed after dissociation of C-O bonds on the surface is proposed to be the rate limiting step in CO and CO₂ hydrogenation.     

酚醛炭基C／C复合滑板材料的催化石墨化及其性能研究

通过溶剂分散法在酚醛树脂浸渍剂中引入催化剂,采用多次液相浸渍-炭化增密和催化石墨化处理的方法,制备出密度为1．60g·cm^-3左右、石墨化度大于77％的酚醛炭基C／C复合材料。对比考察了催化剂的引入和催化剂种类对酚醛炭基C／C复合材料石墨化度、电阻率、抗折强度和摩擦磨损性能的影响,探讨了酚醛炭基C／C复合材料用作受电弓滑板材料的可能性。结果表明：硼酸或二茂铁等催化剂的引入可显著提高酚醛炭基C／C复合材料的石墨化度,降低其电阻率和摩擦系数,改善其弯曲断裂韧性;添加硼酸催化剂的酚醛炭基C／C复合材料的导电性、抗折强度和摩擦磨损性能明显优于德国纯炭整体滑板材料,可望用作高速电力机车的受电弓滑板材料。