C/C复合材料液相浸渍制备工艺及其力学性能模拟

针对酚醛先驱体C/C复合材料液相浸渍制备工艺各组分相的化学转化特性, 基于Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相浸渍制备工艺力学模型, 详细分析了固化-炭化和石墨化两个重要的工艺阶段各组分相的体积变化规律, 得到的气孔体积分数与Micro-CT系统扫描处理的细编穿刺C/C复合材料微结构图像中气孔体积分数相吻合, 并结合均匀化方法对制备过程材料基体有效弹性模量进行了预测。结果表明: 材料基体的有效弹性模量随着致密化次数的增加而增大, 在每一次致密化过程中材料基体的有效弹性模量先增大后减小, 石墨化工艺过程中材料基体的有效弹性模量达到某一值后保持平稳。      

CVI-SiC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为

以针刺碳纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透工艺对预制体纤维进行PyC/SiC/TaC的多层复合模式的涂层改性,然后采用化学气相渗透和热固性树脂浸渍-炭化进行增密,制备出新型C/C复合材料.对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究.结果表明:包覆在碳纤维表面的PyC/SiC/TaC多层结构均匀致密、无裂纹,在C/C复合材料中形成空间管状网络结构;改性后C/C复合材料的抗弯强度和韧性均大大提高,平均抗弯强度达到522MPa,断裂位移达到1.19mm;复合材料弯曲断裂形式表现为脆性断裂,经过2000℃高温热处理以后,复合材料的抗弯强度下降,但最大断裂位移增大,弯曲断裂形式由脆性断裂转变为良好的假塑性断裂.     

CVI-iC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为

以针刺碳纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透工艺对预制体纤维进行PyC/SiC/TaC的多层复合模式的涂层改性, 然后采用化学气相渗透和热固性树脂浸渍-化进行增密,制备出新型C/C复合材料。对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:包覆在碳纤维表面的PyC/SiC/TaC多层结构均匀致密、无裂纹,在C/C复合材料中形成空间管状网络结构;改性后C/C复合材料的抗弯强度和韧性均大大提高, 平均抗弯强度达到522 MPa,断裂位移达到1.19mm;复合材料弯曲断裂形式表现为脆性断裂,经过2000℃高温热处理以后,复合材料的抗弯强度下降,但最大断裂位移增大,弯曲断裂形式由脆性断裂转变为良好的假塑性断裂。      

溶液浸渍还原法制备C/SiC-Cu复合材料

提出了用CuCl₂ 溶液浸渍还原法制备C/ SiC-Cu 复合材料的新工艺。对还原工艺进行了初步探讨; 用XRD、EDS、SEM 研究复合材料的微观形貌及组成; 用三点弯曲测定C/ SiC-Cu 复合材料的弯曲强度。结果表明:影响增重率的主要因素为C/ SiC 原料的气孔率和浸渍还原次数。Cu 在复合材料中呈颗粒状或块状, 它不仅渗入到纤维束间, 还渗入到纤维间的微孔中。Cu 的渗入对C/ SiC 复合材料的三点弯曲强度基本无影响。      

TaC粉末/涂层制备技术的研究进展

TaC是一种具有广阔应用前景的抗烧蚀涂层材料.评述了近年来TaC粉末/涂层制备技术的研究和进展,简要总结了现有TaC粉末/涂层的制备技术,包括固相法、气相法和液相法等,讨论了各种制备技术的发展现状及其优缺点,介绍了国内TaC改性C/C复合材料的研究现状,提出了TaC用于C/C复合材料涂层时,其制备和应用中存在的问题以及解决方法,预测了TaC涂层在高温领域的广阔应用前景.     

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.     

含钽(Ta)C/C复合材料烧蚀分析

根据TaC和C/C复合材料的物理化学性质及烧蚀环境推测C/TaC/C复合材料的烧蚀机理,并对其抗侵蚀机理及剥蚀进行了预测分析,在分析C/TaC/C复合材料烧蚀机理的基础上建立其烧蚀模型。根据Darcy定律确定TaC液体流动的速度,并在此基础上利用流体动力学和质量守恒定律等推导出C/TaC/C复合材料质量烧蚀率公式。     

熔融硅液相浸渍法制备C/C-SiC复合材料

采用熔融硅液相浸渍法制备了C/C-SiC复合材料,反应生成的SiC主要分布在层间孔和束间孔碳基体表面,少量分布在束内孔.1600℃渗硅2 h,硅化深度约为2～4 μm.由于液态硅与碳之间的润湿性很好,在碳基体表面形成了连续的SiC层,局部有粗大的多面碳化硅颗粒生成;讨论了细晶粒连续SiC层和SiC粗晶粒形成机理.由于SiC的加入,材料的抗氧化性能得到明显改善.     

溶剂热浸渍时间对C/C复合材料抗氧化性能的影响

采用溶胶-凝胶结合溶剂热浸渍法,利用硼溶胶和B2O3微粉对炭/炭(C/C)复合材料进行基体和表面改性。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对改性后C/C复合材料的物相组成和显微结构进行表征。重点研究了溶剂热处理时间对改性后C/C复合材料的物相组成、显微结构及抗氧化性能的影响。结果表明经过溶剂热改性处理后,C/C复合材料的表面缺陷被B2O3保护层所覆盖,同时基体内部缺陷也被B2O3所填充。延长溶剂热改性时间,B2O3覆盖层的平滑度和致密度不断上升,C/C复合材料的抗氧化性能不断提高。经48h溶剂热改性后的C/C复合材料在静态空气中600℃恒温氧化17h后的质量损失仅为2.13%。     

不同先驱体制备C/SiC复合材料及其浸渍行为

采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP工艺)制备C/SiC复合材料,研究了不同先驱体对复合材料浸渍行为的影响(三种先驱体分别为固态聚碳硅烷(PCS(s))、液态聚碳硅烷Ⅰ(PCS-Ⅰ(l))和液态聚碳硅烷Ⅱ(PCS-Ⅱ(l)),制备的三种复合材料体系分别为C/SiC-0、C/SiC-Ⅰ和C/SiC-Ⅱ)。结合C/SiC复合材料的力学性能以及不同裂解周期C/SiC复合材料的微观形貌,研究了不同先驱体制备的C/SiC复合材料对碳纤维织物浸渍行为的影响。研究结果表明:C/SiC-Ⅰ复合材料的室温弯曲强度最高,达到336 MPa。不同裂解周期的微观形貌显示, C/SiC-0复合材料内部孔隙分布于碳纤维束间; C/SiC-Ⅰ复合材料内部较致密,孔隙分布均匀; C/SiC-Ⅱ复合材料基体和束丝内部都存在孔隙,说明三种聚碳硅烷浸渍液对C/SiC复合材料有不同的浸渍效果。凝胶渗透色谱(GPC)的分析结果显示,由于浸渍液的分子量不同,大分子无法浸渍到碳纤维束丝内部,会造成裂解后的复合材料束内SiC基体较少,造成其力学性能较低。     

熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的研究进展

综述了熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的国内外研究和应用现状,重点分析了碳纤维预制体和C/C多孔体的制备,以及熔融渗硅过程对C/C-SiC复合材料性能和结构的影响,介绍了C/C-SiC复合材料作为热结构和摩擦材料在航空航天和先进摩擦制动系统中的应用,提出了C/C-SiC复合材料制备过程中存在的问题和今后研究的重点.     

超高压熔渗法制备铜/金刚石复合材料的热导率*

用超高压熔渗法制备了金刚石体积分数为90%的铜/金刚石复合材料, 其热导率为662 Wm^-1K^-1, 比用其它方法制备的这种材料的热导率高。SEM、EDS和XRD的表征结果表明, 这种铜/金刚石复合材料的界面结合良好, 金刚石与铜之间有过渡层, 部分金刚石相互连通。     

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.     

A Novel Method for Preparation of TaC Coating on C/C Composite Material

A new method for preparation of TaC coating on C/C composite material is reported. The amorphous ethylate tantalum jellied as the precursor is prepared and spread densely on the surface of the C/C composite material so as to form a multilayer film. In a graphitization furnace the multilayer film is transformed into TaC coating at various temperatures. Ethylate tantalum film is characterized by FT-IR (Fourier transform infrared) spectra, XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscopy) and TaC coating is characterized by XRD and SEM. At 1200℃the coating contained TaC and Ta2O5, and at above 1400℃only TaC is formed. The coating formed at 1600℃is a continuous stratum structure, and that formed at 1600℃is a porous net structure. Analysis on thermodynamics and formation mechanism of TaC indicates that, after ethylate tantalum is decomposed, Ta2O5 is first produced and then transformed into Ta2C, and newly formed Ta2C is transformed into TaC by the sufficient C at last.     

快速化学气相渗积制备碳/碳复合材料的工艺研究

研究了一种快速制备碳／碳复合材料的新工艺-自加热化学气相渗积法(SHCVI)。该工艺沉积时间10h，复合材料密度可达到1．63g／cm^3。通过测定材料的体积密度及力学性能，分析了温度制度、反应气体流量、气体压力对复合材料致密度以及复合材料力学性能的影响。采用扫描电镜观察复合材料断口形貌，分析其增韧机制。     

MSI工艺制备C/SiC复合材料的氧化动力学和机理

以针刺整体炭毡为预制体, 采用CVD+MSI工艺制备了C/SiC复合材料, 借助XRD和SEM研究材料的微观组织, 通过等温氧化失重和非等温热重分析研究材料的氧化反应动力学和反应机理. 结果表明: MSI工艺所制备的C/SiC材料致密度高, 物相组成为类石墨结构的C、反应生成的SiC和残留Si. 其等温氧化反应机理: 第Ⅰ阶段为反应控制, 第Ⅱ和Ⅲ阶段为扩散和反应共同控制; 材料的非等温氧化过程呈现自催化特征, 氧化机理为随机成核, 氧化动力学参数为: lgA=8.752min^-1, E_a=169.167kJ·mol^-1. 与C/C材料相比, C/SiC材料有较差的低温氧化性能和稳定的高温氧化性能, 这与MSI的工艺特征密切相关.     

低温化学气相渗透法制备Cf/TaC复合材料的研究

利用TaCl5-Ar-C3H6反应体系，用化学气相渗透（CVI）的方法，在炭毡中炭纤维表面沉积TaC．研究了温度对涂层的沉积速率、沉积均匀性、物相组成、微晶尺寸和微观生长形貌的影响．研究结果表明：沉积速率随沉积温度升高先增加后减小，在950℃时达到最大值，在900℃时沉积均匀性最好；在800-1000℃范围内能沉积出结晶度较好的TaC涂层，随着温度升高，微晶尺寸增大；TaC在炭纤维表面为岛状生长模式；随温度升高，岛尺寸先增加后减小，岛扩散能力增强，沉积岛之间相互链接融合．     

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.     

The Infiltration Process and Texture Transition of 2D C/C Composites

2D needle-punched fiber felt was infiltrated by a kind of rapid isothermal chemical vapor infiltration technique. The infiltration process and texture transition of the infiltrated C/C composites were investigated. The porosity and the variations of the cumulative pore volume were determined by mercury porosimetry. The texture of matrix carbon was studied under a polarized light microscope. The results show that the relative mass gain of the sample increases directly as the infiltration time at the initial stage until 20 h, and subsequently the increasing rate of the relative mass gain decreases gradually with the prolonging of infiltration time. Three layers of pyrocarbon were formed around fibers. Low-textured pyrocarbon was obtained at the initial stage. With the densification going on, high-textured pyrocarbon was formed on the surface of low-textured pyrocarbon. Then, low-textured pyrocarbon was produced again during the final stage of densification. The texture transition is ascribed to the variation of the ratio of cumulative inner surface area to volume of pores and the gas partial pressure in pores.