CLVD法制备2D C/C复合材料

化学液气相沉积法 ( CL VD)是快速低成本制备 C/C复合材料的一种新型工艺。通过叙述该工艺快速制备 C/C复合材料的根本原因 ,并以 1 .5mm/h的速度制备了炭布层叠 2 D C/C复合材料 ,同时对该材料进行了力学性能测试和金相分析。实验结果表明材料性能优越 ,说明该工艺是制备 C/C复合材料的理想工艺。采用 GC/MS质谱对煤油沉积回收物进行了成份分析 ,并对用 CL VD法制备 C/C复合材料的设备提出了一些改进建议。     

基于SQL Server的C/C复合材料实验数据库系统平台的设计开发

为了解决C/C复合材料CVI(Chemical Vapor Infiltration,CVI)制备工艺中大量实验数据的有效存储及合理利用问题,设计开发了C/C复合材料实验数据库系统平台,利用SQL Server作后台数据仓库,VC 作平台系统开发,以ADO对象作数据库连接技术,从工艺方法、性能分析、组织结构等方面对实验数据整理分类,并利用Matlab引擎技术整合CVI工艺优化仿真程序,对材料制备工艺进行模拟和优化,该系统平台有助于缩短C/C复合材料制备周期,提高生产效率,降低生产成本。     

C/SiC复合材料等温化学气相浸渗过程的数值模拟研究

根据C/SiC复合材料的结构以及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了ICVI过程中C纤维预制体结构变化的多尺度孔隙模型和C/SiC复合材料ICVI致密化过程的数学模型. 利用该模型对ICVI法制备C/SiC复合材料进行了数值计算和分析. 模拟结果与实验结果呈现出相同的规律并且两者之间误差较小, 表明本文所建立的模型可以很好地描述C/SiC复合材料的ICVI致密化过程. 利用该模型计算出C/SiC复合材料孔隙率的分布情况以及总体孔隙率在浸渗过程中的演化规律, 对ICVI工艺的优化具有一定的指导意义.     

ICVI法制备C/SiC复合材料构件的数值模拟

根据C/ SiC 复合材料的结构特点及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了C/ SiC 复合材料ICVI 致密化过程的数学模型, 并将该模型应用于C/ SiC 复合材料构件制备过程的数值模拟中。利用有限单元法, 对航空发动机用C/ SiC 复合材料小喉衬的ICVI 致密化行为进行了数值计算和分析。为了验证计算结果, 设计并进行了相应的对比实验, 对致密化后的喉衬构件进行了密度测量和CT 断层扫描无损检测。实验结果与模拟结果呈现出相同的变化规律并且两者之间偏差较小, 表明本文作者所建立的模型可以很好地描述C/ SiC 复合材料的ICVI 过程。利用该数学模型, 计算了ICVI 过程中喉衬构件的密度分布及其演变规律, 为ICVI 法制备C/ SiC 复合材料构件的进一步研究打下基础, 对ICVI 工艺的优化具有一定的指导意义。      

化学液气相沉积C/C复合材料研究进展

化学液气相沉积技术是目前最快的C/C复合材料的制备工艺,它的致密化速度是传统等温化学气相沉积工艺的100倍.本文阐述化学液气相沉积工艺的优越性和用于制备C/C复合材料的工艺原理;讨论化学液气相沉积热解炭的微观组织结构和工艺的计算机数值模拟的研究进展,最后展望化学液气相致密化技术的发展和应用前景.     

直热式化学气相渗C/C复合材料研究

采用直热式化学气相渗工艺制备了 C/ C复合材料 ,以 2 D无纬织物和碳毡为纤维预制体 ,液化石油气为碳源气体 ,在常压下经 2 5 h左右沉积得到整体密度分别为 1.6 0 g· cm- 3和 1.78g· cm- 3的 C/ C复合材料。观察了材料的微观结构 ,测试了材料的力学性能和热物理性能。结果表明 ,直热式化学气相渗制备的 C/ C复合材料具有良好的力学性能和热物理性能 ,是一种较为理想的制备 C/ C复合材料的新工艺。     

C/C复合材料高温抗氧化涂层的研究现状与展望

C/C复合材料在高温下的氧化严重制约了该材料在航空航天领域的推广应用,涂层技术是目前解决该材料高温易氧化的最佳手段.本文综述了C/C复合材料高温抗氧化技术在玻璃涂层、金属涂层、陶瓷涂层和复合涂层等体系方面的研究现状,总结了C/C复合材料高温抗氧化涂层在传统制备工艺的改善以及新方法的开发等方面取得的研究成果,并提出了C/C复合材料高温抗氧化涂层当前研究中存在的问题和今后潜在的发展方向.     

CLVI工艺制备C/C复合材料研究进展

论述了化学液相气化渗透工艺(简称CLVI)制备C/C复合材料的基本原理、工艺特点,分析了该技术的沉积机理、热解碳的形成条件和组织结构与致密化环境之间的关系,以及沉积温度和石墨化温度对材料力学性能的影响,概述了该技术在模拟方面的研究现状,展望了其发展前景并提出了自己的观点.     

基于遗传算法和神经网络的C/C复合材料等温CVI工艺参数优化模型

建立了基于遗传算法和误差反传（GA-BP）神经网络的化学气相渗透（CVI）工艺参数优化模型。以新型等温CVI工艺制备C/C复合材料时采集的实验数据作为模型评价样本,分析了主要可控影响因素（沉积温度、前驱气体分压与滞留时间等）对C/C复合材料制件密度及其密度均匀性的作用规律。在该模型指导下,样本的期望密度和实测密度最大误差不超过6.2%,密度差最大误差不超过8.2%。实验结果也证明了该模型具有较高的精度和良好的泛化能力,可以用于CVI工艺参数的优化。      

C/C复合材料孔隙分形表征与弯曲强度计算

采用热梯度化学气相渗透工艺(TCVI)制备了11组不同表观密度的热解碳基C/C复合材料,从每组C/C复合材料上分别截取4个试样进行弯曲强度实验。采用偏光显微镜(PLM)分析了材料的孔隙结构,并利用计盒法求出了图像中孔隙的分形维数。在此基础上利用分形理论表征C/C复合材料的孔隙结构,建立了相同增强预制体及致密化方法制备的C/C复合材料的弯曲强度分形计算模型。计算结果与实验值吻合较好,表明本研究提出的模型具有可行性。     

C／C复合材料TCⅥ工艺温度控制系统研究

本文简要介绍了C／C复合材料TVCI工艺(热梯度化学气相渗透)原理，分析了其温度控制特点。针对该工艺高精度温度与温度梯度难以控制的不足，引入模糊控制理论，建立了基于自寻优的TCVI工艺温度模糊控制系统。仿真结果表明，该控制系统稳态精度高，规则易于调整，具有重要的实际应用价值。     

高密度预制体制备炭/炭复合材料致密化研究

采用高密度3D炭纤维预制体, 以丙烯作为碳源, 氮气作为载气, 利用自制的快速CVI炉制备了板形C/C复合材料. 详细分析了压差等工艺参数在CVI制备C/C复合材料过程中对“封孔”现象的影响, 采用扫描电镜(SEM)和正交偏光显微镜(PLM)对各阶段C/C材料的微观形貌特征作了详细研究, 分析了预制体在増密过程中密度的变化, 初步探讨了“封孔”形成的机理. 实验证明: 采用多阶段CVI工艺可明显改善板形C/C材料封孔现象, 初始密度为0.94g/cm³的高密度预制体经过250h的增密, C/C复合材料密度达到了1.82g/cm³.     

基于数值模拟的热梯度CVI制备C/C 复合材料致密化行为

根据热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备C/C复合材料的特点, 建立了均相与非均相反应的多场耦合数学模型。以2D炭毡为预制体, 天然气为前驱体, 炉压为100 kPa的工艺条件下, 通过计算获得了预制体致密化过程中密度的演变规律; 分析了沉积温度及气体流量对致密化的影响, 获得了合理的沉积温度和气体流量范围。致密化100 h后, 预制体整体密度的计算值与实验值基本一致, 径向密度分布的模拟值与实验值呈相同的变化规律, 验证了模型的可靠性和模拟的预测能力。      

基于串行通讯的TCVI工艺集散控制研究与应用

TCVI(热梯度CVI)工艺是制备C/C复合材料的一种重要工艺.本文在分析TCVI工艺流程的基础上,利用集散控制的思想,设计一种基于串行通讯的TCVI工艺简单集散控制系统,利用Visual Basic的MSComm通讯控件实现上下位机的通信,采用VB和组态王开发TCVI工艺监控系统,实现了该工艺的自动控制,并利用此系统制备出密度大于1.75g/cm3、均匀性较好的C/C复合材料制件.     

催化型化学液相气化渗透沉积制备碳/碳复合材料工艺研究

改进了液相气化快速致密法制备C/C复合材料的技术,采用高频感应脉冲加热方式,直接对沥青浸渍碳化的预制件进行感应加热,在二茂铁的催化作用下以煤油作为前驱体,建立了一种制备碳/碳复合材料新的工艺方法.该工艺生成热解碳的致密化反应温度为800-1000℃,能在3h内将预制件的密度从0.3g/cm³提高到1.5-1.7g/cm³.通过金相显微镜观察样品在致密过程中不同反应阶段的微观结构,表明在二茂铁催化作用下热解碳在预制件内部多处结晶生长,从而能够降低液相气化致密反应的温度、提高了致密反应的速率.     

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

Modeling the effects of reactor wall reaction on isothermal CVI process of C/SiC composites

Two comparative mathematical models were proposed to simulate the effects of reactor wall reaction on isothermal CVI process of C/SiC composites. Transport phenomena of momentum, energy and mass in conjunction with infiltration induced changes of preform structure were taken into account in both models. The difference between the two models is that one model bases on the consumption that reaction on ICVI reactor wall is neglected while another model is treated as a case that reactor wall reaction is taken into account. The integrated models were solved by finite element method. Calculation results show that the difference of mean molarities of methyltrichlorosilane in preform for the two cases varies less than 2.5% and that of global porosities of C/SiC composites for the two cases varies less than 0.6% during ICVI process. The trivial differences imply that ignorance of reactor wall reaction is reasonable and acceptable for numerical simulation of ICVI process of C/SiC composites.     

密度对C/C复合材料热力学性能的影响

采用针刺预制体经化学气相沉积与沥青浸渍-高压碳化致密工艺制备C/C复合材料,通过控制沥青浸渍-高压碳化致密次数,获得了密度分别为1.70g/cm~3、1.82g/cm~3、1.89g/cm~3的三种C/C材料,测试材料的力学、热学性能。结果表明材料拉伸强度随密度升高而降低。当密度较低时,纤维/基体界面结合强度相对较低,可以延缓纤维断裂的发生;拉伸断口显示出假塑性断裂特征,有利于材料拉伸强度的提高。材料的压缩强度与剪切性能密切相关,且均随密度升高表现出先升后降的趋势。材料的热膨胀系数随密度升高而增大,材料中微晶之间的空隙在受热过程中可以吸收一部分膨胀量,因此对于C/C材料,降低密度有利于降低热膨胀系数。材料导热系数随密度升高而明显增大,且随密度升高,微晶尺寸增大,有利于晶格振动的传递,从而使得导热系数增大。热应力因子随密度升高而先升后降,作为热结构件使用时,采用密度为1.82g/cm~3的C/C材料可以获得相对较高的抗热震能力。在C/C材料研究开发中,可以综合对材料力学、热学性能的要求来对C/C材料密度指标进行设计。     

C/C刹车材料CVD制备工艺研究

炭纤维预形体的的增密工艺可分为ＣＶＩ阶段和ＳＣＶＤ阶段。炭纤维坯体经过这两个阶段的碳原子沉积,得到的炭材料防氧化性能和防潮湿性能比传统ＣＶＤ增密炭材料有显著提高。     

Monitoring Density and Temperature in C/C Composites Processing by CVI with Induction Heating

Carbon/carbon composites are processed by chemical vapor infiltration (CVI) with radio-frequency inductive heating, which leads to inside-out temperature gradients, suitable for the production of homogeneously densified pieces if properly controlled throughout the whole processing. We present here a 2D axisymmetrical case where a comprehensive numerical model is tested against experimental runs. The numerical thermal model takes into account induction heating, radiative, conductive, and convective effects, intermediate regime diffusion and densification reactions in the pores, and the evolution of the porous medium. The results are the time evolution of the temperature, concentration, and composite material density field, as well as the input power necessary to ensure a given maximal temperature in the preform. Experimental data are measurements of the temperature and density fields at various infiltration stages. Comparison between experience and simulation, yielding an useful agreement, shows that porosity becomes trapped inside the preform as densification proceeds, because of the progressive lowering of the temperature gradient steepness. The discrepancies between computations and experimental data rely on the only approximate knowledge of some quantities, principally the reaction kinetics, which are currently under investigation.