沥青基C／C复合材料的致密效率研究

以高温煤沥青为浸渍剂,国产PAN基炭纤维编织的轴棒法预制体为增强材料,采用浸渍炭化致密工艺制备了沥青基炭／炭（C／C）复合材料,考察不同制备步骤下预制体致密效率的变化情况,并用扫描电子显微镜观察了C／C复合材料及基体炭的微观形貌。研究表明,随循环次数的增多,材料密度逐渐增大,密度增量逐渐减小;中间石墨化处理略微降低材料...     

C/C复合材料的无损检测研究

C/C复合材料综合了碳材料优良的高温性能和复合材料优异的力学性能,它既可以作为功能材料,又可以作为高温结构材料使用,是目前唯一可用于2800℃高温的复合材料.无损检测是材料质量与安全保证的可靠手段,作为新型的结构材料,C/C复合材料的无损检测研究具有十分重要的意义.介绍了近年来有关C/C复合材料的无损检测研究的进展情况,并评价了可供C/C复合材料使用的无损检测技术.     

热梯度CVI制备大尺寸C/C复合材料的致密化行为

以整体毡为纤维增强体, 采用外壁恒温控温和内壁恒温控温两种方式, 通过热梯度化学气相渗透(TG-CVI)工艺研究了大尺寸C/C复合材料的致密化行为。结果表明, 外壁恒温控温方式制备的试样密度仅为0.64 g/cm³, 呈现出两边高中间低的特点, 热解碳结构为粗糙层与光滑层相结合。而内壁恒温控温方式制备的试样密度达到0.98 g/cm³, 致密效率相比提高了73.79%, 热解碳结构为具有优异性能的粗糙层结构, 试样内部密度分布均匀。通过与外壁恒温控温相比, 内壁恒温控温方式具有较高的温度和合适的温度梯度, 致密化行为符合理想致密化模型, 能够实现大尺寸C/C复合材料由内至外的正向密度增长, 致密均匀, 致密效率高, 且碳结构优异。     

C/C复合材料致密化工艺的研究进展

详细叙述了C/C复合材料致密化制备技术及其在国内外的研究进展,分析评价了液相浸渍、传统化学气相渗透、改进传统化学气相渗透以及其它快速致密化技术的优缺点.液相浸溃工艺繁杂,需要多次反复浸溃.传统化学气相渗透工艺简单、易于操作,但周期过长,效率低.近年来出现的新型致密化工艺虽然大大缩短了制备周期,但大多只局限于实验室规模,存在着实用化和适应性问题.     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的组织特征

利用新型、高效的模压半炭化成型工艺，在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料制品，并借助光学显做镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察。通过分析，解释了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料中炭纤维损伤的形成机制，提出了作为增强体相的短切炭纤维和焦炭颗粒与基体炭之间独特的界而结构模型。研究还表明：复合材料中明显存在着基体相和颗粒相一基体相的显微结构不仅呈层片状，而且层片状的结构好像数层桔子皮，将颗粒相包裹起来，这种“桔皮包裹”式的结构与炭纤维表面的POG结构基本相似。     

前驱体对C/C复合材料的致密化和性能的影响

研究了分别以甲烷和丙烯为前驱体对制备C/C复合材料的新型ICVI工艺致密化速率及组织结构和力学性能的影响.考察了密度与致密化时间之间的变化规律和密度分布,采用偏光显微镜和扫描电镜观察材料的组织结构和试样的断口形貌,利用三点弯曲实验测定材料的弯曲强度.实验结果表明:在致密化时间100h前,以甲烷为前驱体,C/C复合材料的致密化速率比丙烯为前驱体时低,100h后致密化速率发生逆转;以甲烷为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度小,组织结构为粗糙层,弯曲强度为250.87MPa,模量为29.29GPa;而以丙烯为前驱体所得C/C复合材料的密度梯度大,组织结构为光滑层,弯曲强度为102.75MPa,模量为11.42GPa.因此,相对而言甲烷作为制备C/C复合材料的前驱体优于丙烯.     

模压法制备C/C复合材料的研究

对模压法制备 Ｃ／ Ｃ复合材料的坯体模压工艺过程、 Ｃ／ Ｃ复合材料的致密化过程及 Ｃ／ Ｃ复合材料的结构和性能的相关性进行了研究。结果表明,物料中纤维含量及模压的温度、压力是影响初坯体成型及其密度的关键;除工艺条件外,原料的组成也是影响 Ｃ／ Ｃ复合材料致密化的重要因素;对 Ｃ／ Ｃ 复合材料力学性能研究的结果表明, Ｃ／ Ｃ复合材料的密度对材料的力学性能有很重要的影响。     

C/C复合材料不同基体炭的微观结构

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对C/C复合材料不同基体炭的微观结构进行了研究。结果表明:不同基体炭在偏光显微镜下呈现出不同的光学活性度,其平均光学活性度依次由普通沥青炭、热解炭的光滑层、热解炭的粗糙层、中间相沥青炭逐渐增强;在SEM下,普通沥青以"葡萄状"结构为主,热解炭分为块状和"皱褶状"片层状结构,中间相沥青炭为形状各异的片层条带状结构;在HRTEM下,中间相沥青炭的晶格条纹排列规整,是一种长程有序的晶体结构,晶化程度很高。XRD分析表明,材料B(中间相沥青基C/C复合材料)的石墨化度最高,层间距最小,材料D(热解炭基C/C复合材料)次之。     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能

利用模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料（简称SCFRC）。研究了短切炭纤维的体积分数对SCFRC材料的体积密度和力学性能的影响规律。借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察，分析了短切炭纤维对SCFRC材料的增强机制。结果表明，当短切炭纤维的体积分数由0％增大到11．8％时，SCFRC材料的力学性能随之呈线性增加；短切炭纤维增强SCFRC材料的机制主要有裂纹偏转效应、桥联效应以及脱粘和拔出效应。     

薄膜沸腾CVI双热源加热法制备C/C复合材料及其致密化特性

采用薄膜沸腾CVI以双热源加热的方法在900~1200℃下热解二甲苯前驱体增密二维针刺炭毡预制体,30~35h内制备出密度1.70g/cm3~1.73 g/cm3的C/C复合材料。研究致密化过程中热解炭基体的沉积速率变化规律,应用排水法和偏光显微镜分别测试材料的密度及热解炭层的厚度。结果表明,当沉积温度由900~1000℃升高至1100~1200℃时,沉积前沿的厚度拓宽,热解炭的初始沉积速率增大,但高沉积温度下预制体边缘将优先完成致密化,导致材料的平均密度由1.72~1.73g/cm3降低至1.70,致密化均匀性变差,材料轴向和径向方向的密度偏差高于0.04g/cm3。上热源开多个轴向通孔可使沉积前沿的厚度减小,前驱体在预制体内的传输效率提高,进而改善较高沉积温度下材料的致密化效果。     

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.     

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.     

工艺因素对C/C复合材料ICVI致密化的影响

以2D针刺碳毡为预制体、丙烯为前驱气体、氮气为稀释气体,在常压条件下研究了沉积温度、滞留时间和丙烯分压等工艺因素对致密化速度的影响。结果表明,三个工艺参数协同作用,对致密化具有相似的影响：参数取值较高时初期致密化速度也较快,结果导致预制体表层气孔的过早填充,不利于进一步的沉积,反之,则致密化速度较慢,但有利于预制体内部的沉积。     

FCVI工艺致密化效率评价方法研究

针对用于制备C/C复合材料的强制流动热梯度化学气相渗透(FCVI)工艺,建立了预制体的孔隙结构模型,将孔隙分为闭孔孔隙与开孔孔隙,指出致密化过程就是开孔孔隙的填充过程,基于化学反应动力学和传热传质理论,提出了致密化剩余时间的概念,推导出一种用于预测FCVI工艺致密化效率和控制工艺参数的理论,该理论综合分析了致密化各时期的预制体密度分布与工艺效率的关系,指出在致密化各个时期预制体内的密度分布符合特定的数学关系才能保证最终获得最高的致密化效率,并定义了一个综合衡量致密化效率的指标-ψ.工艺试验表明:如果在工艺过程的各个时期ψ都接近于0,则可以保证该工艺获得最高的致密化效率,这种方法可以用于指导实际的FCVI工艺,并获得理想的致密化效率.     

LTCVI工艺中的致密化效率研究

强制流动热梯度CVI（FCVI）技术综合了热梯度CVI与等温压力梯度CVI的优点,它的最主要特点是致密化迅速,周期短,根据FCVI的原理特点,经进一步改进工艺方法,提出了限域变温强度流动CVI（LTCVI）工艺并申请专利,本文主要从预制体结构方面研究了LTCVI工艺中致密化效率评价方法,提出了提高致密化效率的基本原则,并从理论和实验两方面进行解释说明。     

碳/碳复合材料的快速致密化工艺

结合近年来有关通过化学气－液相沉积法制Ｃ／Ｃ复合材料的论文和专利,简述了这一快速致密化工艺的设计原理及制备设备,说明并比较了阻抗式加热和感应式加热对温度梯度的影响,给出了提高沉积效率的两个有效途径－－脉冲式加热法和压力流法,列举了这一方法在抗氧化处理上的应用。最后提出了ＲＤ法未来的可能研究方向。     

纤维束排布细度对编织C/C复合材料致密化过程及性能的影响

纤维束排布细度是径棒法编织预制体结构重要参数之一,选用3种纤维排布细度参数制备完成径棒法编织预制体,以化学气相沉积(CVI)和液相浸渍碳化混合工艺致密,研究了纤维束排布细度对材料致密化过程及性能的影响。结果表明,在CVI致密过程中,纤维束排布细度最小的试样A在相同的致密化周期内的密度增长幅度略低,液相碳化阶段试样间致密速率相当。纤维束排布细度最低的试样A抗弯强度较C型材料提高了85%,且线膨胀系数最低。     

涂层碳/碳复合材料氧化机理的研究

通过高温等温氧化实验,对自制涂层碳/碳复合材料的氧化机理进行了研究.研究结果表明,涂层碳/碳复合材料的等温氧化可分为4个阶段.氧化初期,涂层的表面开始氧化,氧化失重是一个受氧气和涂层的化学反应控制,表现为氧化增重;氧化中期,氧化失重受玻璃质的形成速度和蒸发速度控制,表现为缓慢的氧化失重,氧化失重与时间的关系为直线型;随后,涂层上出现裂纹的形成和愈合过程,涂层深层被氧化,表现为较快的氧化失重;最后,涂层被局部破坏,基体被部分氧化,氧化失重直线上升.