CLVD快速致密CC复合材料的高温热物理性能.pdf

《CLVD快速致密CC复合材料的高温热物理性能.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据第25卷第5期2010年lO月新型炭材料NEWCARBONIVIATERIALSV01．25No．5Oct．2010文章编号：1007．8827(2010)05-0343-05CLVD快速致密C／C复合材料的高温热物理性能刘晓荣，金鸣林，张琢，杨俊和，欧阳春发(上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海200233)摘要：以聚丙烯腈预氧丝整体毡为增强体，采用快速液气相沉积联合沥青浸渍一炭化增密制备高速列车用C／C复合制动材料。研究了所制材料在30℃一800℃时的热扩散率、比热容、导热系数等热物理性能。

2、研究发现：随温度升高，C／C复合材料平行于纤维叠层方向和垂直于纤维叠层方向的热扩散率均呈非线性降低，而比热容呈非线性增大。材料的导热性能表现出明显的各向异性，平行纤维叠层方向的导热系数先升后降，在200oC时出现极大值186．7W·in～·K～，是垂直于纤维方向导热系数的5．8倍。而垂直于纤维叠层方向的导热系数表现平稳。通过Wiedmann—Franz比值的分析，认为所制C／C复合材料在低温区以声子导热为主，高温区以电子导热为主。采用本制备工艺可获得导热性能优良的C／C复合材料。关键词：C／C复合材料；化学

3、液相气化沉积；聚丙烯腈预氧丝；热物理性能；Wiedmann．Franz比中图分类号：TB332文献标识码：A1前言摩擦制动过程中产生的能量通常转化为热能，须在极短时间内散发出去。循环热应力是制动材料产生热疲劳裂纹的主要因素，同时兼具优良摩擦磨损性能和热物理性能一直是制动材料追求的目标，亦即研究制动材料的热物理性能至关重要。C／C复合材料具有摩擦性能好、热膨胀系数低、抗热裂性能好、高温强度高等优异性能，使其成为先进、理想的制动材料，在军用、民用飞机上得以广泛应用。C／C制动材料的工程化制备工艺主要为等温压差C

4、VI法，由于制造周期长，成本高，很大程度上限制了其广泛的商业化利用。因此，简化工艺、降低成本成为C／C复合材料的主要研究方向之一。近十多年来，降低C／C复合材料制造成本的努力集中于快速致密化工艺的研究，而从制备原料的选择方面考虑降低成本的研究报道较少。已开发出的快速致密化工艺包括快速定向流动CVI、压力强制流CVI、复合感应加热热梯度CVI、直热CVI、脉冲CVI、微波加热CVI、等离子增强低压CVI、触媒催化CVI以及化学液相气化沉积CLVD(或称为化学液相气化渗透CLVI)等¨引。其中，CLVD技术是目

5、前致密化工艺效率最高、成本最低的一种，用该技术生产C／C刹车片的效率可提高100倍以上"J，是一种具有商业化应用前景的快速致密化新工艺。上世纪90年代后对CLVD的工艺、致密机理、所制材料微观结构和力学性能的研究逐渐多起来H引，但对采用CLVD工艺所制材料的热物理性能的研究则报道较少；另一方面，对高温条件下C／C复合材料的导热性能研究也较少。为降低C／C复合材料制造成本，笔者选用价格较低廉的24k聚丙烯腈预氧丝为增强纤维，通过快速液气相沉积(CLVD)联合浸渍一炭化增密制备高速列车用C／C制动材料，研究了该

6、C／C制动材料在不同温度下的热物理性能变化规律。2实验2．1材料制备采用24k聚丙烯腈预氧丝无纬布和6k短切聚丙烯腈预氧丝网胎交替叠层，夹层针刺得D150mnl×25mm的整体毡，体积密度为0．68g·cm一。整体毡经炭化处理后，形体收缩为D135mm×20mm的毡体。然后通过快速液气相沉积工艺，在900℃～950℃下致密至坯体密度为1．59·cm～。接着采用沥青浸渍．炭化工艺增密，获得C／C复合试样。最后将所制C／C复合试样在2300℃高纯氩气保护下进行高温石墨化处理，制得高速列车C／C复合制动材收稿日期

7、：2010-06—15；修回日期：2010—10-19基金项目：上海市科委科技发展基金重点资助项目(09520500700)，上海市重点学科建设基金资助项目(J51504)．作者简介：刘晓荣(1962一)，女，博士，教授，从事复合材料研究．E—mail：xrliu@sit．edu．cn万方数据新型炭材料第25卷料，密度为1．789·cm—o2．2微观形貌观察采用LEICA高温光学金相显微镜，在正交偏光下观察C／C制动材料的光学显微形貌。2．3热物理性能测量2．3．1热膨胀系数Ot的测定在垂直于无纬布纤维方向

8、上取D6mmX15mill的样品，用DL一1500型热膨胀仪测试样品的热膨胀系数。测量温度为100oc一800oC。热膨胀系数计算公式为：一乞一厶，．、a2面，L1，JJ'’Lj■式中，厶为样品膨胀前长度，L：为样品膨胀后长度，△t为膨胀前后温度变化。2．3．2导热系数A的测定采用激光脉冲法¨01，用瓜一3激光导热仪测定比热容和热扩散率，导热系数A根据以下公式计算：A=418．68XOt×Cxp，(2)式中，A为