預制體結(jié)構(gòu)對平板CVI過程及材料性能的影響.pdf

1、炭/炭(C/C)復合材料具有密度低、高溫強度良好、摩擦磨損性能優(yōu)異等特點,作為一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空航天以及軍事領(lǐng)域。炭纖維預制體結(jié)構(gòu)對CVI過程中氣體的傳質(zhì)和C/C復合材料的性能有著重要的影響。通過調(diào)節(jié)預制體結(jié)構(gòu),尋求制備工藝簡單、周期短、成本低及能夠提高材料綜合性能的化學氣相滲透(CVI)方法,對C/C復合材料的研究具有重要的意義。
　　 本文采用無緯布/網(wǎng)胎針刺整體氈和針刺全網(wǎng)胎氈為預制體,借助自行研發(fā)設(shè)計的C

2、VI爐制備了平板C/C復合材料。研究了預制體結(jié)構(gòu)對CVI工藝致密化過程及基體熱解炭微觀結(jié)構(gòu)的影響;測試了材料的力學性能、石墨化度、導熱系數(shù)和電阻率,探討了預制體結(jié)構(gòu)對C/C復合材料力學性能、石墨化度、導熱性能及導電性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　 1、預制體的孔隙形狀、大小和分布狀態(tài)影響反應(yīng)氣體的傳質(zhì),對材料致密化過程有重要影響。隨著纖維體積分數(shù)的增加,材料的增密速率及最終密度值逐漸減小;布氈比對整體氈材料的增密速率及最終密度影

3、響很小,全網(wǎng)胎材料的增密速率及最終密度均大于整體氈;添加SiO2晶須后材料的增密速率及最終密度均增大,添加CaSi03晶須后增密速率減小,最終密度相同。所有材料網(wǎng)胎中熱解炭圓殼厚度大小在材料厚度方向呈內(nèi)部小、兩側(cè)大的對稱分布;增加纖維體積分數(shù)或增加布氈比,材料內(nèi)部的熱解炭增厚程度隨之減小。
　　 2、所得C/C復合材料基體熱解炭結(jié)構(gòu)全部為光滑層結(jié)構(gòu),即基體結(jié)構(gòu)沒有因預制體結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生明顯變化。加入晶須后,基體光學活性略有增強

4、。A晶須的加入,會誘導熱解炭呈錐狀生長。
　　 3、材料的石墨化度同時受纖維體積分數(shù)和基體熱解炭含量的制約和影響,無緯布層內(nèi)的纖維對應(yīng)力石墨化貢獻較大,添加晶須均可提高材料石墨化度。石墨化度是影響材料導熱、導電性能的主要因素,預制體結(jié)構(gòu)僅是輔助性的影響。
　　 4、預制體結(jié)構(gòu)對材料的彎曲和剪切力學性能有相同影響規(guī)律:纖維體積分數(shù)的過高和過低均會降低材料的強度;布氈比值的增大會提高材料的強度;加入SiO2晶須降低材料的強度

5、,加入CaSiO3晶須后強度略有提高。預制體結(jié)構(gòu)對材料壓縮性能的影響規(guī)律不一:材料的壓縮強度隨纖維體積分數(shù)增大而降低;與全網(wǎng)胎相比,布氈比變?yōu)?:1時,材料的垂直壓縮強度降低22％,而后隨布氈比的增大強度值逐漸增加;平行壓縮強度隨布氈比值增大而降低;添加晶須后壓縮強度增加,添加A晶須的增幅較大。
　　 5、除添加SiO2晶須的整體氈材料,彎曲、剪切、垂直壓縮斷裂方式均為韌性斷裂,添加SiO2晶須的材料和全網(wǎng)胎材料呈脆性斷裂;所有