碳碳复合材料简介

3.2
致密化处理
成型后的预制体含有许多孔 隙,密度也低 ,不能直接应用 ,须 将炭沉积于预制体 ,填满其孔隙 , 才能成为真正的结构致密、 性能 优良的碳/碳复合材料 ,此即致密 化过程.传统的致密化工艺大体分 为液相浸渍和化学气相沉积(CVI) 两种.
3.3
液相浸渍工艺 液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行. 重复浸渍 — — — 炭化 — — — 石墨化 ,
3.4
常规化学气相沉积方工艺(等温法)仍有许多不足: 由于受到气相扩散速率和表面反应速率的制约 , 在一个较窄的工艺条件下进行.因此 ,对沉积炭显 微组织的选择余地有限 ,得到的通常为光滑层(S L)组织 ,要想提高沉积炭温度 ,以得到粗糙层(RL) 炭 ,则又易形成表面的气孔堵死 ,以及表层和里层 的密 度差提高[6 ].同时 ,等温 CVI制备碳/碳复合材料 周期长(约 1 000 - 1 500 h) 、 原料气利用率低 ( < 5 %) ,需要数次石墨化和机加工 ,需用大量高 能耗的贵重设备 ,成本很高
工艺.有的文献称化学气相沉积工艺是最早采用的一种致密化方 法 ,其工艺过程如图2所示.主要原理是利用碳氢化合物气体在高 温下分解并沉积炭于预制体.与液相浸渍工艺相比 ,化学气相沉积 工艺不仅过程便于精确控制 ,而且所制备的材料还具有结构均匀、 完整、 致密性好、石墨化程度高等优点.目前国外主要用等温 CVI法生产碳/碳复合材料刹车盘.
(7) 制作热压模具和超塑性加工模具.在陶瓷和粉未冶金 生产中采用碳/碳复合材料制作热压模 具 ,可减少模具厚度 ,缩短加热周期 ,节约能源和提高产 量;用碳/碳复合材料制作钛合金超塑性加工模 具 ,因其低膨胀性和钛合金的相容性 ,可提高成型效率 , 并减少成型时钛合金的折叠缺陷.
(8) 制作加热元件.与传统的石墨发热体强度低、 脆 ,加工与运输困难相比 ,碳/碳复合材料的强度 高 ,韧性好 ,可减少发热体体积 ,扩大工作区.
CC复合材料
姚祥瑞
目录
• 定义 • 性能 • 制备工艺 • 发展前景及用途
一 定义
• 碳/碳复合材料是复合材料 的一种 ,它是以碳为基体 ,由 碳纤维或其制品(碳毡或碳布) 增强的复合材料.
二 性能
• 它兼有碳的惰性和碳纤维的高 强度 ,具有良好的机械性能、 耐 热性、 耐腐蚀性、 磨擦减振特 性及热、电传导特性等特点.而 且 ,其质轻 ,比强度和比弹性模 量都很高 ,更重要的是这种材料 随着温度的升高(可达2 200 ℃) 其强度不降低 ,甚至比室温条件 下还高。
达wk.baidu.com致密预制体.此工艺存在问题是: (1) 工艺繁复、 周期长、 效率低; (2) 液体难以浸渍到预制体微孔中; (3) 有些浸渍液在常压和减压下炭化收率低 ,
必须加压 (4) 有些浸渍液炭化时粘附性过好 ,易于阻
塞气孔口 ,难 以达到致密要求 ,如树脂
3.4
化学气相沉积(Chemical Vapor Infiltration ,简称 CVI)
四 发展趋势及应用
(1) 因其良好的生物相容性 ,在生物医学方面 ,可作人体骨 骼的替代材料 ,比如人工髋关节、 膝关 节、 牙根等.
(2) 汽车、 赛车的制动系统. (3) 在核反应堆中制造无线电频率限幅器. (4) 利用其高导电率和很高尺寸稳定性 ,制造卫星通讯抛物 面无线电天线反射器. (5) 用碳/碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道 ,其寿命 可提高100倍以上. (6) 制作高温紧固件.在700 ℃ 以上 ,金属紧固件强度很低 , 而碳/碳复合材料在高温下呈现优异承 载能力 ,可作高温下使用的螺栓、 螺母、 垫片等.
(9) 作高温真空炉内衬材料 ,以及化工防腐蚀管道
及零部件等
三 制备工艺
制备碳/碳复合材料主要步骤为: 预制体成型 → 致密化处理 →
最终高温热处理
3.1
预制体成型
• 在进行预制体成型前,根据所设计复合 材料的应用和工作环境来选择纤维种类和 编织方式.例如 ,对重要的结构选用高强度、 高模量纤维.对要求导热系数低的则选用低 模量炭纤维 ,如粘胶基炭纤维 成型方法为用短纤维增强: (1) 压滤法; (2) 喷涂法; (3) 热压法; (4) 浇注法 用连续长纤维增强: (1) 预浸布层压、 铺压、 缠绕等做成层压板、 回转体和异 形薄壁结构; (2) 编织技术.