快速cvi法制备平板cc复合材料

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1、lIIIIflIIIIIllIIIIIIIIfY1915737原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不．包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。J，．作者签名：垒受日期：j!垒年』月丑日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文

2、并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：蕴导师签名弛日期：』竺翌年上月丑日摘要炭／炭(C／c)复合材料是由炭纤维和基体炭所组成的新型高温结构材料。它具有优异的耐烧蚀性能、良好的高温强度和密度低等特点而被广泛应用于航空航天以及军事领域。目前寻找周期短，成本低，工艺简单的制备

3、方法，仍是C／C复合材料的研究热点。实验中采用无纬布／网胎针刺炭纤维整体毡为预制体，借助自行研发设计的压差热梯度平板CⅥ炉制备了平板C／C复合材料。研究了沉积温度、系统压力和碳源气体流量等工艺参数对平板C／C复合材料致密化过程、微观结构组织、孔隙结构和力学性能的影响，探讨了快速CVI机理。主要研究结论如下：l、在50小时内，采用压差热梯度CVI工艺，成功制备出平均密度达1．57g-cm"3，尺寸为300mm×300mmx15mm的平板C／C复合材料。2、对沉积工艺的研究显示：在所选的温度区间内，存

4、在一个临界敏感温度点，1313K。当沉积温度低于1313K时，平板材料的增密速率低，但增密速率对温度的变化较为敏感；当沉积温度高于该临界点后，平板材料的增密速率升高，但其对温度变化的敏感度急剧降低。初始系统压力也是压差热梯度CVI工艺中较为敏感的工艺参数。当初始系统压力从2．0kPa上升为3．0kPa时，增密速率由0．0076g．cm-3．hd上升到0．0184g．cm-3．h-1，增长了142％。3、平板C／C复合材料基体热解炭结构为光滑层结构，仅在平板的一侧边缘处发现有其它结构类型的热解炭生成

5、。激光喇曼光谱分析的结果显示，在同一CVI工艺下，平板材料不同部位处的热解炭结构以及同一热解炭不同环位处的结构都存在差异；不同沉积工艺下，沉积温度的变化对平板材料中无纬布区热解炭结构的影响大于网胎区。4、使用压汞法分析材料的孔隙发现：沉积初期，预制体中的大孔隙(孔径>601．tm)的填充速率最快；随着沉积的进行，平板C／C复合材料中的最可几孔隙的尺寸和数量不断减小；沉积后期，最可几孔隙的数量降幅最大，材料中的微孔比例也大幅下降，闭孔或半通孔数量出现大幅增加。5、材料的弯曲力学性能测试结果显示，不同

6、密度的平板C／C复合材料均呈现假塑性断裂的特征；密度为1．50∥cm3的平板C／C复合材料的弯曲强度可达到122MPa，弯曲模量为17．5GPa，力学性能优越。关键词C／C复合材料，热解炭，孔隙结构，力学性能，压差热梯度CⅥABSTRACTCarbon／carbon(C／C)compositesarematerialswhichassociateexcellentthermalandmechanicalpropertieswithlowdensity．Theirhighstrength，tough

7、ness，stiffnessandtheirthermalshockresistanceduetohi曲thermalconductivityandlowthermalexpansionaremaintaineduptoveryhightemperature．Thus，C／Ccompositesarewidelyusedinaerospaceandmilitaryfields．Inthisexperiment，animprovedpressure—gradientmethodwasdevelope

8、dinordertomakecarbonfiber-reinforcedcarboncompositeplatesspecially．C／Ccompositeplateswithneedle—punchedfeltaspreformswerepreparedbypressure·gradientchemicalvaporinfiltrationusingpropyleneassourcegasandnitrogenascarriergas．Themixedgaspushedbypr