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。     

碳/碳复合材料快速CVI致密化技术研究进展

综述了快速化学气相渗透技术在国内外的研究现状,指出并分析了应着重解决的一些问题与不足。简要概述了几种快速致密化技术的模拟研究进展。     

ICVI工艺参数对C/C复合材料快速均匀致密化的影响

综述了在等温、等压化学气相沉积(ICVI)工艺中前驱体种类、滞留时间(τ)、As/Vr比、前驱体分压、沉积温度以及H2在热解炭沉积中的作用对C/C复合材料快速均匀致密化的影响,重点讨论了前驱体滞留时间(τ)的精确控制对ICVI的影响.指出滞留时间(τ)不宜过长,否则会导致扩散控制.另外还特别强调As/Vr比控制着复杂的气相反应(均相反应)和表面反应(异相反应)之间的竞争过程,是调节其它参数的前提.     

单向碳/碳复合材料CVI 致密化模拟研究

采用有限差分模型对单向碳/碳复合材料的化学气相渗透(CV I) 过程进行模拟, 并设计了对照实验对模型进行了验证。模型所预测的预制体密度随渗透时间变化关系曲线与对照实验结果较为吻合, 反映了模型的准确性和实用性。此外通过模型还可得到致密化过程中气体在预制体内的分布情况, 对复合材料致密化均匀性进行表征, 并可获得材料孔隙率变化特点等一系列重要信息, 为CV I 机理的深入研究打下了良好的基础, 对CV I 工艺的改进和优化有较强的指导意义。      

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.     

碳/碳复合材料ICVI工艺的研究进展

综述了碳/碳复合材料等温CVI制备工艺的最新研究进展,重点介绍了致密化过程和热解碳的形成机理,并展望了今后的发展趋势.     

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。     

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.     

C/C刹车盘快速致密化工艺及其性能

为了缩短C/C刹车盘制备周期并提高其性能,介绍了一种制备C/C飞机刹车盘的快速致密化工艺,即采用天然气与丙烷气的混合气体为炭源气体的等温压差CVI法。与常规致密化工艺（丙烯气为炭源气体的等温压差CVI法）相比,C/C刹车盘的CVI(Chemical vapor infiltration) 时间缩短了一半,其导热性能提高5%以上,拉伸、压缩、弯曲与剪切性能提高10%以上,摩擦磨损性能提高20%以上。      

航空刹车用C/C复合材料致密化工艺及其进展

介绍了各种常规CVD工艺及其特点，并结合现行广泛采用的均热法CVD工艺，综述了针对其不足而展开的一系列新工艺研究及进展。     

ICVI法制备Si3N4P/ Si3N4 复合材料致密化行为数值模拟

根据Si₃N₄ 颗粒增强体的结构特点及等温化学气相法( ICVI) 的工艺特点, 对Si₃N₄ 颗粒增强Si₃N₄ 复合材料的致密化过程进行了数值模拟。用球形孔隙模型表征Si₃N₄ 颗粒增强体的结构特征, 用传质连续方程表征先驱体在预制体中的浓度分布。为了检验模型的准确性和适用性, 进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果具有相似的致密化规律, 预测的渗透时间和孔隙率与实验结果均十分接近, 表明本文中建立的数学模型可以较好地表征Si₃N₄P / Si₃N₄ 复合材料的ICVI 过程。     

新技术制备 C/C复合材料及特性研究

为了提高传统等温化学气相渗透（ICVI）工艺的致密化效率，降低C／C复合材料生产成本，本文通过减小预制体周围气体流动空间，将传统负压ICVI工艺加以改进．采用改进后的新型ICVI工艺，在沉积温度1100℃、沉积压力为常压和滞留时间为0．1s的实验条件下，以甲烷为前驱体，氮气为稀释气体，对纤维体积分数为28．7％的2D针刺炭毡预制体进行致密化研究，采用偏光显微镜观察所制试样的组织结构，测定了其三点弯曲强度，并利用SEM观察断面形貌．结果表明：125h制备出密度为1．73g／cm^3且密度分布均匀的C／C复合材料．试样的组织结构为粗糙层，弯曲强度为250．87MPa，模量为29．29GPa，断裂行为呈现明显假塑性．     

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.     

C/SiC复合材料等温化学气相浸渗过程的数值模拟研究

根据C/SiC复合材料的结构以及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了ICVI过程中C纤维预制体结构变化的多尺度孔隙模型和C/SiC复合材料ICVI致密化过程的数学模型. 利用该模型对ICVI法制备C/SiC复合材料进行了数值计算和分析. 模拟结果与实验结果呈现出相同的规律并且两者之间误差较小, 表明本文所建立的模型可以很好地描述C/SiC复合材料的ICVI致密化过程. 利用该模型计算出C/SiC复合材料孔隙率的分布情况以及总体孔隙率在浸渗过程中的演化规律, 对ICVI工艺的优化具有一定的指导意义.     

Preparation for 2D–C/C composites with pure RL textures and its characteristic

在沉积温度为1080--1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下, 以天然气为碳源, 以氮气为载气, 使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm$^{3}$(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化,
在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm³的C/C复合材料. 用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构, 分析了三点弯曲试样的断口形貌. 结果表明: 制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构, 试样的弯曲强度为164.77 MPa、模量为21.34 GPa, 表现为阶梯式失效, 断裂行为呈现出明显的假塑性.     

粗糙层组织结构2D-C/C复合材料的制备及特性

在沉积温度为1080-1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下,以天然气为碳源,以氮气为载气,使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm3(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化,在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm3的C/C复合材料.用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构,分析了三点弯曲试样的断口形貌.结果表明:制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构,试样的弯曲强度为164.77 Mpa、模量为21.34 Gpa,表现为阶梯式失效,断裂行为呈现出明显的假塑性.     

快速致密化制备C/C复合材料的新发展

综述了炭/炭复合材料致密化制备技术、影响因素及热解炭的组织与沉积机理,介绍了国际上炭/炭复合材料快速致密的新动向.快速低成本炭/炭复合材料制造技术在竞相发展.     

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。