单晶硅炉用炭/炭复合材料埚帮使用寿命的影响因素研究

针对炭/炭埚帮在单晶硅拉晶过程中不断受到硅蒸气的腐蚀以及硅料与石英坩埚的共同挤压等,使得埚帮出现破损报废问题,根据埚帮在热场中的破坏机理,从CVD设备规格、预制体的编织方式、热解炭涂层、产品密度、高温处理温度、加工次数等几个方面研究了对埚帮使用寿命的影响。结果表明,采用小炉型沉积,轴向采用无纬布,环向采用炭纤维缠绕,斜向±45°采用长纤维缠绕,以炭纤维体积比为1∶3∶1的比例,分别与炭纤维网胎针刺成型的预制体,经高温热解炭涂层,产品密度为1.55 g/cm~3以上,机械加工2次,并且在1 850℃高温处理下,所制得埚帮达到了的设计寿命。     

炭/炭复合材料埚帮使用寿命的影响研究

针对单晶硅拉晶过程不断受硅化侵蚀造成炭/炭埚帮使用寿命短的问题,从炭/炭埚帮的破坏模式出发,分析了埚帮在单晶硅炉热场中受侵蚀破坏的机理。采用准三维针刺法制备预制体,经化学气相沉积、树脂浸渍炭化、高温处理及热解碳涂层处理后制成炭/炭复合材料埚帮。研究了不同密度、炭纤维含量以及涂层对炭/炭埚帮使用寿命的影响。结果表明随着密度、环向炭纤维含量的提升,炭/炭埚帮的使用寿命明显提升,而炭/炭埚帮表面热解碳涂层能在一定程度上提升其使用寿命,但提升效果有限。     

单晶硅直拉炉用炭/炭埚帮的侵蚀机理探讨

埚帮是单晶硅直拉炉中最重要的结构损耗件,随着直拉法热场尺寸的不断增大,主流单晶硅制造企业已经大批量采用炭/炭复合材料埚帮替代石墨埚帮。采用针刺法制备毛坯预制体,经化学气相沉积、树脂浸渍炭化增密和高温纯化处理后制成炭/炭复合材料埚帮。根据热场温度及元素分析炭/炭埚帮侵蚀破坏的机理,对使用后的炭/炭埚帮断口进行观察分析,结合反应机理进而推断影响埚帮使用寿命的主要因素,为提高炭/炭埚帮寿命的设计提供参考。     

新型炭纤维/泡沫炭预制体的制备及致密化研究

由炭纤维/酚醛树脂经过发泡、固化和炭化制备出4种不同炭纤维含量(3%,7%,10%和15%)的泡沫炭作为制备炭/炭复合材料新型预制体,通过等温化学气相沉积对预制体进行致密化处理。研究了炭纤维含量对预制体微观结构、致密化过程及力学性能的影响。结果表明:炭纤维含量增加,使预制体产生更多的微裂纹,并有更多的炭纤维裸露在泡沫炭韧带外,有助于提高化学气相沉积的沉积速率。炭纤维/泡沫炭预制体炭/炭复合材料压缩强度随着预制体中炭纤维含量的增加而增加,当炭纤维体积分数为10%时,压缩强度达到峰值,为43MPa。     

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...     

不同炭基体对炭/炭复合材料力学性能的影响

结合化学气相沉积（CVD）和前驱体浸渍裂解工艺,分别以丙烯、糠酮树脂和煤沥青为前驱体制备了密度在1.85g/cm3以上的三维炭/炭（C/C）复合材料,对比研究了沥青炭、热解炭+沥青炭以及热解炭+树脂炭结构（分别为A、B、C组）的等三种不同炭基体C/C复合材料的增密效率与力学性能,采用排水法表征C/C复合材料的孔隙率及密度,利用扫描电镜进行炭基体的微观结构表征,采用万用电子力学试验机进行拉伸强度、压缩强度、剪切强度等力学性能表征。结果表明,在热解炭质量含量相同的前提下,树脂浸渍裂解增密速率低于沥青浸渍裂解工艺,树脂炭基体孔隙率低于沥青炭基体。不同炭基体结构的C/C复合材料力学性能次序为：热解炭+树脂炭双元炭基体最高,纯沥青炭基体次之,热解炭+沥青炭双元炭基体最低,分析原因为热解炭与树脂炭双元炭基体的界面结合强度高,而沥青炭为混乱无序碳结构,热解炭和沥青炭双元炭基体界面结合强度弱,因此力学强度最低。     

炭／炭复合材料吊具制备及性能研究

针对高温处理炉使用环境气氛,采用针刺无纬布、网胎交替叠层的预制体,优化组合预制体中结构单元,经气相、液相相结合的致密方法增密后,经高于使用温度高温处理制得炭／炭复合材料吊具,并进行了力学、热学性能检测和微观形貌分析。经校核所研制炭／炭复合材料吊具达到负载2吨能力（安全系数2）,可与产品一起经历1400℃—2600℃高温处理过程,解决目前高温处理无随炉吊装工具的问题,实现在炉外装出产品整体吊装操作。     

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。     

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。     

热解炭微观结构对炭/炭复合材料力学性能的影响

以PAN基针刺纤维毡为基体,采用等温化学气相渗透技术,在温度1000℃、压力5.0~20.0 kPa条件下制备了2种具有不同微观结构热解炭的炭/炭复合材料,研究了其力学性能与热解炭微观结构的关系. 结果表明,压力8.0 kPa下得到的具有单一低织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度较高,为86±3 MPa,热解炭与炭纤维间界面结合紧密,加载过程中二者同时断裂,呈现明显的脆性断裂行为;压力10.0~20.0 kPa下得到的具有中织构-高织构-中织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度稍低,为82±4 MPa,加载过程中材料内部不同织构热解炭间多层次界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度,断口形貌呈现锯齿状,表现出假塑性断裂特征.     

炭纤维/热解炭+Al2O3复合材料的微观结构研究

为提高炭／炭复合材料的隔热性能,设计出了Ａｌ２Ｏ３粉末和纤维＋炭布缠绕预制体结构。采用快速化学气相沉积新技术制备出了炭纤维／热解炭＋Ａｌ２Ｏ３复合材料,并采用ＳＥＭ分析、能谱分析及Ｘ射线衍射分析研究了其微观结构。实验结果表明,这种材料自表面到内部形成了有利于隔热的密度梯度,材料组织均匀,闭孔细小,分布合理,隔热性能良好     

炭/铝复合材料中炭纤维的强度特性

用单丝法测量了炭纤维及碳化硅涂层炭纤维在炭/铝复合丝热处理过程中引起的强度变化,并用韦布尔统计理论分析了各种条件下炭纤维的强度特性。碳化硅涂层虽然稍微降低了炭纤维的强度,但碳化硅涂层对阻挡炭/铝复合丝的界面反应起一定的作用。在高温处理过程中发生的反应引起炭纤维强度降低,而韦布尔模数增大。     

炭/炭复合材料航空电刷的制备

分别用厚度为2cm的炭毡和1k炭布(2D)叠层加纵向穿刺作预制体,用软化点为140℃的中温沥青作浸渍剂,经过160℃、0.3MPa浸渍、900℃碳化、2100℃石墨化和460℃、20MPa超高压致密化等工艺的循环处理,制备了纤维体积分数为45%,体积密度为1.85～1.73g·cm-3的炭/炭复合材料航空电刷。其电学性能与优质石墨电刷相当;力学性能和摩擦性能远优于优质石墨电刷,且炭毡作预制体更优于炭布作预制体。     

文摘

飞机刹车用长寿命高摩擦特性炭/炭复合材料制备技术(英文)[刊,中]/苏君明,肖志超,刘勇琼,等//新型炭材料,2010,25(5):329～334以针刺炭纤维准三向结构整体毡为预制体,经丙烯气体狭缝定向流的"外热内冷"、"内热外冷"径向热梯度CVI工艺致密技术,优化组合的热解炭/树脂炭双元炭基体技术,通过调控高温处理技术等三大关键技术制备了A320系列飞机炭刹车盘材料。     

一种新型炭／炭复合材料的快速致密化工艺探

通过对化学液气相快速致密化这种新型炭／炭复合材料快速制备工艺的步研究,以PAN基炭毡为预制体,低分子液态烃为碳源前驱体,采用电磁感应加热,在900℃－1100℃温度内,3小时制备了密度为1．78g/cm^3的炭／炭复合材料。研究结果表明此工艺较传统工艺的致密化周期缩短了100倍以上,同时指出这种工艺快速致密化预制体的机制是由于预制体内存在较高温度梯度和碳源扩散过程受控于化学反应力学。     

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．     

飞机炭刹车盘制备中各工艺参数对其摩擦磨损性能的影响

炭/炭刹车盘的摩擦磨损性能对飞机获得高能量刹车时的高摩擦磨损特性有重要的影响。通过控制炭/炭(carbon/carbon,C/C)复合材料制备过程中各工艺参数可以得到高性能刹车的炭刹车盘。影响C/C复合材料摩擦性能的因素有很多,综述了国内外研究现状,本文讨论了炭纤维预制体、致密化过程、高温热处理和机械加工对炭刹车盘摩擦磨损性能的影响以及这几个工艺参数的协同作用。     

KOH-浸渍-还原法在炭纤维表面制备不同金属纳米催化剂涂层及其应用

为了催化炭纤维原位生长纳米炭纤维／纳米碳管，研究纳米炭纤维／纳米碳管在炭／炭复合材料中的应用，采用KOH-浸渍-还原法在炭纤维上制备纳米催化剂颗粒。首先用KOH处理炭纤维改变其形貌，然后将炭纤维分别在硝酸钴和硝酸镍催化剂前驱体溶液中浸渍，干燥，再用H2气还原制得催化剂颗粒，最后催化热解CO在炭纤维上原位生长纳米炭纤维／纳米碳管。结果表明：KOH处理能使炭纤维表面变得凹凸不平，有效的阻止了催化剂前驱体液体的流动，使涂层均匀；浸渍-还原法能获得粒径小、均匀、适合纳米炭纤维生长的金属颗粒；与Co纳米颗粒相比，Ni分散效果和催化效果更好。     

炭/炭复合材料化学液气相沉积致密化技术研究

介绍了炭/炭复合材料化学液气相沉积工艺的基本原理.化学液气相沉积工艺与热梯度化学气相沉积工艺在本质上是相同的,不同之处是化学液气相沉积用液态烃作前驱体,提高了原料的利用率,加快热解炭沉积的速率.研究了不同沉积温度对炭/炭复合材料微观组织结构的影响.采用偏光显微镜观察了材料的粗糙层、光滑层热解炭微观组织结构.研究发现用环己烷作前驱体当沉积温度为1 100℃时可以得到粗糙层结构的热解炭.     

双元炭基体刹车盘在飞机中止起飞时的高摩擦特性

为解决炭刹车盘在飞机中止起飞（RTO）时摩擦系数低的弱点,采用了针刺炭纤维无纬布准三向预制体,以狭缝定向流外热内冷、内热外冷热梯度CVI与树脂浸渍-炭化相结合的致密工艺,生产了双元炭基体的波音757-200型飞机炭刹车盘材料.与原装机的国外炭刹车盘在惯性台上进行了RTO动态力矩对比试验,结果表明：具有粗糙层结构热解炭与树脂炭优化组合的双元炭基体超码炭刹车盘,比国外单一粗糙层结构热解炭基体的炭刹车盘RTO时的摩擦系数提高了22.7%～29.2%,突破了炭刹车盘在飞机RTO动态力矩试验中摩擦系数严重衰减这个长期难于攻克的关键技术.