天然气/氢气等温CVI法制备C/C复合材料的工艺研究

【摘要】：摘要：C/C复合材料作为一种性能优异的结构材料,广泛应用于航空航天和国防军事领域。在众多制备工艺中,等温化学气相渗透法(ICVI)是目前应用最广泛的制备C/C复合材料的工艺,如何通过调控ICVI的工艺参数,制备高密度、密度分布均匀以及显微结构可控的C/C复合材料一直都是相关研究人员关注的热点。本文在前人实验的基础之上,采用天然气和氢气的混合气体作为前驱气体,制备不同厚度的C/C复合材料,研究了反应气体压力和温度对C/C复合材料致密化程度和显微结构的影响,通过改变工艺参数获取适合于制备不同厚度C/C复合材料的工艺参数。得到的主要结论如下： (1)在沉积温度为1120℃条件下,通过在8-20kPa范围内改变气氛压力制备C/C复合材料,研究气氛压力对C/C复合材料增密速率和热解炭显微结构的影响,结果表明C/C复合材料密度随反应气体压力的升高而增加,较高的气氛压力条件有利于获得粗糙层热解炭。 (2)采用等温CVI工艺,在温度为1120℃,气氛压力为20kPa的条件下,能够在70h内将厚度为10mm,密度为0.4g/cm3的炭纤维预制体增密到1.85g/cm3,且最终得到的C/C复合材料基体几乎全部由粗糙层热解炭组成。 (3)采用等温CVI工艺,在温度为1120℃,反应气体压力为20kPa的条件下,增密厚度为30mm,密度为0.3g/cm3的炭纤维预制体135h,得到的C/C复合材料平均密度约为1.71g/cm3,但在材料的厚度方向上出现了明显的密度梯度,材料外侧密度大于内部密度。 (4)为了实现增密过程中C/C复合材料整体均匀致密,以及研究沉积温度对C/C复合显微结构的影响。连续在1030℃、1060℃和1090℃条件下各增密不同初始密度的预制体25h,得到的C/C复合材料均表现为内部密度略高于外部密度,热解炭基体结构取向度随温度的升高而增加。图32幅,表6个,参考文献88篇。 【关键词】：C/C复合材料 化学气相渗透 热解炭 显微结构 密度分布
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 前言9
• 1.2 C/C复合材料的制备9-15
• 1.2.1 液相浸渍工艺10-11
• 1.2.2 化学气相渗透(CVI)工艺11-15
• 1.3 化学气相沉积制备C/C复合材料的结构与性能15-21
• 1.3.1 C/C复合材料的结构15-18
• 1.3.2 C/C复合材料的显微结构与工艺参数的关系18-19
• 1.3.3 C/C复合材料的性能与其显微结构的关系19-21
• 1.4 研究背景21-22
• 1.5 主要研究内容22-23
• 2 材料的制备及性能检测23-31
• 2.1 原材料23
• 2.2 C/C复合材料的制备23-27
• 2.2.1 预制体23-24
• 2.2.2 等温CVI增密24-25
• 2.2.3 C/C复合材料薄板的制备25-26
• 2.2.4 C/C复合材料厚板的制备26-27
• 2.3 C/C复合材料显微结构的表征27-29
• 2.3.1 正交偏光显微分析(PLM)27
• 2.3.2 拉曼光谱分析27-28
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析28-29
• 2.3.4 透射电子显微镜(TEM)分析29
• 2.4 C/C复合材料的性能测试29-31
• 2.4.1 C/C复合材料密度的测量与表征29
• 2.4.2 C/C复合材料弯曲强度的测定29-31
• 3 CVI工艺制备C/C复合材料薄板的研究31-53
• 3.1 前言31
• 3.2 实验结果31-52
• 3.2.1 气氛压力对C/C复合材料致密化效率的影响31-32
• 3.2.2 气氛压力对C/C复合材料显微结构的影响32-38
• 3.2.3 不同气氛压力下生成热解炭的表面形貌38-39
• 3.2.4 气氛压力对C/C复合材料力学性能的影响39-43
• 3.2.5 优化条件下制备C/C复合材料的显微结构与均匀性43-44
• 3.2.6 炭纤维之间孔隙填充机理研究44-46
• 3.2.7 优化条件下制备C/C复合材料的力学性能46-49
• 3.2.8 优化条件下制备C/C复合材料的界面结构研究49-52
• 3.3 本章小结52-53
• 4 CVI制备C/C复合材料厚板的工艺研究53-70
• 4.1 前言53
• 4.2 实验结果53-64
• 4.2.1 C/C复合材料厚板的金相显微结构53-55
• 4.2.2 C/C复合材料厚板的拉曼光谱分析55-56
• 4.2.3 C/C复合材料厚板的扫描电镜显微结构56-59
• 4.2.4 C/C复合材料厚板的密度分布59-60
• 4.2.5 温度对C/C复合材料密度分布的影响60-61
• 4.2.6 温度对C/C复合材料显微结构的影响61-64
• 4.3 分析讨论64-69
• 4.4 本章小结69-70
• 5 结论70-71
• 参考文献71-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间发表学术论文情况79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Effect of nickel introduced by electroplating on pyrocarbon deposition of carbon-fiber preforms    Ren Yancai;Shi Xiaohong;Li Hejun;Li Kezhi;Zhang Xin;

定伸长条件下PAN基预氧丝低温碳化的力学性能及其群子统计参数的考察    张旭;郭琪宇;陈广新;齐胜利;金日光;

CeO_2掺杂MAS中间层对C/C-LAS接头性能的影响    朱焕霞;李克智;卢锦花;李贺军;王建阳;

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    邓海亮;李克智;李贺军;杨宗伦;曹伟锋;卢锦花;

催化CVD制备C/C复合材料过程及其性能研究    李丙菊

利用人工神经网络的偏光下热解炭织构类型识别    钟建华;齐乐华;李妙玲;赵志龙;李贺军;

热解炭制品的显微硬度    解生利;

热解炭微观结构的表征——热解炭各向异性的偏振光分析    廖寄乔,黄伯云,黄志锋,陈亮,陈腾飞

热解炭的化学气相沉积机理和组织形貌    李强,罗瑞盈,程永宏

废轮胎热解炭黑与工业炭黑的粒径及化学组成    黄科,高庆华,倪燕慧,唐黎华,周丽绘,朱子彬

大尺寸各向同性热解炭材料的制备与表征    吴峻峰;白朔;刘树和;徐红军;成会明;

高温热处理对光滑层热解炭裂纹形成的影响    陈腾飞;龚伟平;张红波;肖鹏;熊翔;

热解炭的微观结构及其测试方法    刘立海;黄启忠;谢志勇;王秀飞;

废轮胎热解炭黑的改性    沈伯雄;鲁锋;刘亭;

不同硼含量的硼掺杂各向同性热解炭制备及微观结构研究    许力;吴峻峰;白朔;

热解炭    刘树和;白朔;成会明;

热解炭微观结构的表征——热解炭各向异性的偏振光分析    廖寄乔;黄伯云;黄志锋;陈亮;陈腾飞;

各向同性热解炭材料的制备与表征    白朔;吴峻峰;刘树和;徐红军;罗川;周序科;成会明;

废轮胎热解炭表面性质的研究    梁秀清;张轩;贾斌;张翠;刘双喜;

微波辅助化学改性热解炭的表征    张丽娟;张曼曼;朱慧敏;韩润平;

含硼各向同性热解炭材料的石墨化研究    许力;吴峻峰;白朔;

PAN基碳纤维阳极氧化表面处理及其对热解炭沉积的影响    陈洁;于澍;熊翔;

氧化铁表面沉积热解炭及气化    吴文军;张伟刚;

废轮胎热解炭黑走出国门    记者 白清荣

热解炭化技术巧解病死动物难题    本报记者晏利扬

抢占再生能源研发制高点 营造绿色能源产业链    陈瑞申 赵宏伟

热解炭化技术让秸秆“山鸡变凤凰”    记者 乔地

热解炭黑的表面特性及其资源化应用研究    周洁

热解炭与活化炭理化特性及其应用研究    韩彦雪

棉秆直接热解炭化工艺参数试验研究    杨瑛

C/C复合材料的多元物理场CVI制备过程及其性能研究    张明瑜

核石墨热解炭涂层的辐照损伤及熔盐浸渗特性的研究    冯尚蕾

热解炭微观结构对C/C复合材料性能影响的研究    廖寄乔

C/C-TaC复合材料的制备及其性能研究    李江鸿

块体各向同性热解炭的制备研究    谭瑞轩

人工心瓣热解炭涂层的微观结构与性能研究    孙海博

人工机械心瓣热解炭的微观结构及性能研究    钟华锋

人工心瓣热解炭涂层结合强度研究    韦静

人工心瓣热解炭断裂性能研究    李学鹏

人工心瓣热解炭力学性能研究    邢兴

电磁场化学气相沉积制备各向同性热解炭及微观结构研究    李建青

以天然气为碳源的CVI法制备C/C复合材料的研究    唐兵

改性热解炭对水体有机物的吸附研究    张小娜

木质和秸秆类成型燃料热解炭化特性的试验研究    姚昆