第9章碳复合材料.ppt
吉林化工学院材料科学与工程学院电子课件,课程名称：复合材料教师姓名：陈连发 授课对象：材料化学 授课学时：32 选用教材：复合材料概论-哈工大,碳/碳复合材料,概述,C/C复合材料,基体:树脂、沥青等,增强体：CF、预氧丝等,C/C复合材料具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性、耐磨、耐烧蚀等特点，尤其是其强度随温度的升高，不仅不会降低，反而还可能升高。它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。,C/C复合材料诞生于1958年，并在美国空军的宇宙飞船Dyna-Soar计划和NASA的阿波罗计划中得到了发展。20世纪70年代是C/C复合材料在美国和欧洲得到了快速的发展，开发了碳纤维的多向编织技术，高压液相浸渍工艺以及化学气相浸渍工艺，使C/C复合材料的性能得到进一步的提高。20世纪80年代以来，C/C复合材料在世界各国的研究都极为活跃，不断开发出新的工艺，在性能提高、快速致密化、抗氧化等研究领域都取得了很大的进展。,概述,C/C复合材料的制造工艺,CF成型物碳毡、碳布层叠物及其Z向穿刺物及多向编织物,短切纤维与沥青或树脂混合物,预浸物,热压成型,碳化,C/C复材,石墨化,石墨化的C/C复材,树脂或沥青浸渍,喷射或热压成型,树脂或沥青浸渍,CVD法,CF的选择胶粘剂的选择坯体的预成型炭化致密化,C/C复合材料的制造工艺,以CF为主，也不仅仅限于CF（如预氧丝）,要求：碳收率高；有粘接性，具有良好的流变性、与纤维之间的相容性,制备坯体的方法是根据所选用的增强体的形式来决定的,致密化处理是为C/C复合材料达到一定的密度，从而具有良好的力学性能。,坯体的预成型（1）以碳纤维织物或毡作为增强体 这种增强体制备预型体的方法也多种多样。一种方法是把碳纤维织布或毡直接剪裁成坯体，再采用CVD法来制备C/C复材。随纺织技术提高，坯体不断向多维织物方向发展。(2)以长纤维作为增强体 通过浸渍法把长纤维与胶黏剂制成预浸料，然后切成一定长度的段，按一定的角度进行铺层，之后在模具内进行热压成型，制成预成型坯体。（3）以短切纤维作为增强体 首先把纤维与胶黏剂进行混合均匀，采用喷射或热压成型法制成预成型体。能否均匀分散是关键。,C/C复合材料的制造工艺,C/C复合材料的制造工艺,密度是C/C复合材料的一个重要指标，只有达到一定的密度，C/C复合材料才能具有良好的力学性能。这就需对C/C复合材料进行致密化处理，致密化的方法主要包括：浸渍法 化学气相沉积（CVD）法 化学气相浸渍（CVI）法,C/C复合材料的致密化,浸渍法 将CF制成的预成型体浸入液态的浸渍剂中，通过加压使浸渍剂充分渗入到预成型体的孔隙中，再通过固化、碳化、石墨化等一系列过程的循环，最后得到C/C复材。浸渍剂一类为热固性，一类为热塑性。浸渍法相对而言设备比较简单，而且这种方法适用性也比较广泛。它的缺点是要经过反复多次浸渍碳化的的循环才能达到要求。,C/C复合材料的致密化,（2）CVD（CVI）法：CVD（CVI）法是直接在坯体孔内沉积碳，以达到填孔和增密的目的。沉碳易石墨化，且与纤维之间的物理相容性好，而且不会像浸渍法那样在再碳化时产生收缩。因而这种方法的物理机械性能比较好。但在CVD过程中，如果碳在坯体表面沉积就会阻止气体向内部孔的扩散。对于厚制品CVD法也存在着一定的困难。而且这种方法的周期也很长。对于表面沉积的的碳应用机械的方法除去，再进行新一轮沉积。,概述,化学气相沉积（CVD）法 一般认为化学气相沉积要经过以几个步骤：（1）反应气体在压力的作用下进入沉积炉内；（2）反应气体以层流形式在预成型体内沿增强 材料的边界进行；（3）反应气体在增强体表面被吸附；（4）被增强体表面吸附的反应气体发生裂解反 应，产生固态的碳，和分解气体；（5）被增强体吸附的分解气体分解吸附；（6）分解产生的气体沿边界层扩散；（7）产生分解气体被排出反应器。,C/C复合材料的致密化,化学气相浸渍（CVI）法 CVI与CVD的工艺原理相似。不同之处是CVI可将碳沉积在更细小的孔隙中，可最大限度地减少孔隙的大小和数量，致密化程度更高，性能更好，但工艺周期相对要长，成本高。CVI工艺主要采用降低反应物的热分解速度，使反应物能更充分扩散和渗透到坯体的细小的孔隙中，从而实现减小孔隙大小和数量的目的。,C/C复合材料的致密化,C/C复合材料的抗氧化处理,CF 360开始氧化GrF 420开始氧化C/C复材 450开始氧化,国外：1600-1700 国内：1650，100h,抗氧化涂层技术,内部抗氧化技术,改进CF抗氧化问题,改进基材抗氧化性,提高CF石墨化度,CF表面涂层处理,加入抗氧化剂,加入抗氧化组分,有机硅、钛,涂层的基本要求,涂层的结构,涂层的制备方法,氧阻挡层功能活化层粘结层,CVD固体渗透法涂刷法等离子喷涂法溶胶凝胶法,刹车盘耐烧蚀材料领域航空发动机上的应用工业制造领域的应用生物医学领域的应用,C/C复合材料的应用,洲际导弹,
