基于沉积炭含量对cc复合材料性能影响研究

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1、西北工业大学硕士学位论文沉积炭含量对C/C复合材料性能影响研究姓名：张翔申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张秋禹;崔红20061208西北工业大学工程硕士学位论文摘要摘要炭／炭(c／C)复合材料由于具有优异的综合性能在航空、航天领域得到广泛应用。C／C复合材料的制备一般是在纤维预制增强体中引入炭质基体，其基体的引入可通过液相法也可通过气相法(即化学气相沉积ChemicalVaporDeposition，CVD)或化学气相渗透(ChemicalVaporInfiltration，CVI)。CVD／CVI法得到的沉积炭具有独特的优点，如良好的力学性能

2、，摩擦性能和耐烧蚀性能，成为摩擦用C／C和耐烧蚀C／C材料中不可取代的基体炭，一直是C／c复合材料生产的首选工艺。但受目前工艺水平的限制，要得到高密度的纯沉积炭基体C／C复合材料还存在一定困难，特别是对于大尺寸的厚壁部件。因此我国的C／C复合材料研究多采用沉积炭与树脂炭或沥青炭相结合的混合基体炭。本文采用针刺无纬布预制体，经CVI至不问密度后结合沥青浸渍高压炭化至密度1．909／cm3以上。研究了针刺无纬布预制体的增密特点以及沉积炭／沥青炭混合基体炭中沉积炭的引入及含量对所制备C／C复合材料力学性能的影响。结果表明，随着CVI增密时间的延长，针刺无纬布C

3、／C复合材料的密度增加、开孔率降低。热解炭的引入使材料的压缩强度大幅度提高，但自CVD密度0．91g／cm3后随CVI含量的增加，其变化趋势趋于缓和。相比纯沥青炭增强的C／C复合材料，热解炭的引入使x—Y方向的弯曲强度呈增大趋势，而自CVD密度0．9Ig／eft后随CVI含量的增加z向弯曲强度变化趋于缓和。相比纯沥青炭增强的c／c复合材料，随着热解炭含量的增加使x吖方向的剪切强度呈增大趋势，而自CVD密度0．91g／cm3后随CVI含量的增加z向剪切强度变化趋于缓和。热解炭对针刺无纬布C／c复合材料力学性能的影响规律与针刺无纬布增强结构形式以及热解炭微观

4、结构有关。沉积炭的引入使材料的抗烧蚀性能提高，但沉积炭含量自CVD密度0．99／cm3后的烧蚀性能随着CVD含量的增加变化趋势趋于缓和。其影响规律与针刺无纬布C／C复合材料预制体的增强结构和沉积炭的形成特点有关。从c／c复合材料的力学性能、烧蚀性能等综合因素，确定C／c复合材料致密化工艺中引入CVD／cvI工艺可以提高C／C复合材料的性能。综合沉积效率等工艺因素、制备成本，材料性能等综合因素，建议C／c复合材料的CVD／CVI密度控制在0．99／cm3至1．329／cm3之间较为经济、合适。关键词：炭／炭(C／C)复合材料；化学气相渗透(CVI)；沉积炭

5、；力学性能：烧蚀性能西北工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTCarbon／carbon(C／C)compositematedalsareusedinaerospaceapplications．11屺densificationofC／Ccompositeisaccomplishedbyintroducecarbonmatrixonfilamentsubstructures．TheintreductionofcarbonmatrixintOthefiberreinforcementisaccomplishedeitherbypyrolyzinganorg

6、anicmarxorthroughchemicalvapordensification／infiltration(cvD／Cvl)．Py’rocarbonobtainedbyCVD／CVIprocesspossesexcellentproperties．suchasgoodmeehanicaIproperties，goodwearandfrictionandantiablationpropertiesandCVIbecometheexclusivelyprocess．Limitiedby饥lrrenttechniquelevel．itiSdifficul

7、ttoobtainhiglldensitypurepyrocarbonmatrixC／Ccompositematerial，especiallyforlargescalethickwallcomponent．SothedevelopmentofC／Ccompositeathomeusuallyadoptmixingmatrixofpyrocarbonandresincarbonorpitchcarbon．InthisPaper,needlednonwovencarbonfabricsofinitialdensityofO．5毗m’wereusedassu

8、bstrateanddensifiedbyacombinationprocess