炭炭復(fù)合材料的液相浸漬炭化技術(shù).doc

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1、炭炭復(fù)合材料的液相浸漬?炭化技術(shù)摘要：炭/炭（C/C）復(fù)合材料，即炭纖維增強(qiáng)炭基體復(fù)合材料（Carbonfiberreinforcedcarboncomposites）,1^淇?jī)?yōu)異的綜合性能而在現(xiàn)代交通、航天工程、現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。炭炭復(fù)合材料的制備包括炭纖維預(yù)制體制備、材料的增密、材料致密化、高溫?zé)崽幚淼?。其屮液相浸漬?炭化是預(yù)制體増密的一種方法，是炭炭復(fù)合材料致密化的重要途徑。液相浸漬?炭化的基本途徑包括樹(shù)脂浸潰一炭化和瀝青浸潰一炭化。本文將對(duì)液相浸漬?炭化技術(shù)及兩種途徑作簡(jiǎn)要介紹。關(guān)鍵詞：

2、炭炭復(fù)合材料；預(yù)制體増密；液相浸漬■炭化1>炭炭復(fù)合材料概述炭/炭（C/C）復(fù)合材料，即炭纖維增強(qiáng)炭基體復(fù)合材料（Carbonfiberreinforcedcarboncomposites）,其整個(gè)體系由碳丿L；素構(gòu)成，在顯微結(jié)構(gòu)上是一，種多相菲均質(zhì)混合物。由于炭炭復(fù)合材料具有質(zhì)輕、高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗強(qiáng)輻射、耐等離子體沖刷等優(yōu)異綜合性能，其在現(xiàn)代交通、剎車(chē)制動(dòng)、軍用民用飛機(jī)、大型制造業(yè)、國(guó)家大型核能工程、航天工程、現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)、牛物醫(yī)療器械、土木建筑領(lǐng)域、環(huán)境工學(xué)在一系列領(lǐng)域有極其的廣泛應(yīng)用。

3、炭炭復(fù)合材料的制備主要包括炭纖維預(yù)制體制備、材料的增密、材料致密化、高溫?zé)崽幚淼?。預(yù)制體包括短纖維模壓預(yù)制體、長(zhǎng)纖維織物疊層預(yù)制體、多維編織或穿刺預(yù)制體和Novoltex細(xì)編織物預(yù)制體。材料増密主要有化學(xué)氣相滲透（CVI）和浸潰樹(shù)脂/瀝青炭化增密兩種方法。炭炭復(fù)合材料的基本制備工藝流程如下圖所示。2.炭炭復(fù)合材料的液相浸漬?炭化2.1液相浸漬?炭化簡(jiǎn)介液和浸漬?炭化是對(duì)炭纖維預(yù)制體進(jìn)行増密的一種方法，是炭炭復(fù)合材料致密化的重要途徑。在實(shí)際應(yīng)用屮通常與化學(xué)氣彖沉積法共同使用，以達(dá)到對(duì)炭炭復(fù)合材料的致密化。其屮，

4、浸漬是指在一定溫度和壓力下，使液態(tài)有機(jī)浸漬劑滲透到待浸工件的孔隙屮的過(guò)程，而炭化是指在惰性氣體保護(hù)下，通過(guò)熱處理使有機(jī)浸漬劑（碳?xì)浠衔铮┟摎涠３商康倪^(guò)程。液相浸漬?炭化的基本途徑有樹(shù)脂浸漬一炭化和瀝青浸漬一炭化兩種，其工藝制備簡(jiǎn)圖如下:樹(shù)脂―（加壓）固化f炭化1瀝訝待浸樣鬲-預(yù)熱f抽真空f(shuō)（加壓）浸漬軻臘或?yàn)r青一預(yù)熱一J—連續(xù)瓏化（同…設(shè)備）一卜機(jī)加工瀝wt—冷卻后取岀一另行炭化」2.2浸漬劑的選擇浸漬劑的選擇，不僅影響浸漬增密的效果，而且影響浸漬?炭化后產(chǎn)品的性能。浸漬劑必須具有殘?zhí)柯矢摺⒘髯冃院玫忍攸c(diǎn)

5、。常用的浸漬劑有糠醇樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和糠酮樹(shù)脂等熱固性樹(shù)脂，以及熱須性的石油瀝青、煤瀝青等作為浸漬劑，除了考慮到粘度低、粘度小、殘?zhí)柯矢叩纫蛩赝?，還必須考慮其與炭纖維的物理相容性、浸漬劑炭的微觀結(jié)構(gòu)以及工藝的可操作性，特別是熱處理溫度等工藝參數(shù)對(duì)浸漬劑炭特性的影響。在相同的熱處理溫度下，瀝青炭和樹(shù)脂炭的特性差異較大。33液相浸漬?炭化主要方法簡(jiǎn)介3.3.1樹(shù)脂浸漬一炭化I、樹(shù)脂浸漬劑的特點(diǎn)部分樹(shù)脂浸漬劑粘度大、難滲透纖維束，部分樹(shù)脂粘度較低；材料在炭化后收縮率大，熱應(yīng)力大，開(kāi)孔率不高，因此不利于再浸漬；經(jīng)樹(shù)枝炭

6、化后材料殘?zhí)柯什桓?，且殘?zhí)柯什浑S炭化壓力升高而增加；樹(shù)脂炭主要是玻璃炭，難于石墨化,其強(qiáng)度大、硬度大，耐酸能力強(qiáng)；樹(shù)脂炭密度低，僅為2.5?1.6g/cm3,血CVI炭及瀝青炭密度可達(dá)2.0g/cm3以上。II、咲喃樹(shù)脂浸漬劑的性能及其炭化特性咲喃樹(shù)脂耐熱性?xún)?yōu)良，在氮?dú)鈿夥斟?jīng)1000°C炭化處理，殘?zhí)悸史謩e為56%的聚糠醇和58%的聚糠酮，咲喃樹(shù)脂雖然碳的理論含量較低，但由于咲喃環(huán)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，炭化后殘?zhí)柯瘦^高，因此是較為理想的浸漬劑。咲喃樹(shù)脂的粘度隨溫度變化較大，高于80°C時(shí)，咲喃樹(shù)脂開(kāi)始交聯(lián)固化。一般選

7、60°C?70°C作為浸潰溫度。在室溫到1000C反應(yīng)范圍內(nèi)，咲喃樹(shù)脂浸漬主要有固化和炭化兩個(gè)反應(yīng)階段。其屮固化反應(yīng)比較劇烈，反應(yīng)速度很快，反應(yīng)時(shí)間很短。固化反應(yīng)起始溫度為111.27°C,終止溫度為199.81。在200°C以上隨著熱解溫度的升高，炭化反應(yīng)緩慢而平穩(wěn)地進(jìn)行，CO2>CO、H20、CH4和出不斷被釋放出來(lái)。反應(yīng)到850°C時(shí)，炭化基本結(jié)束，殘?zhí)悸蕿?1.8%。咲喃樹(shù)脂在高溫階段以熱縮聚反應(yīng)為主，隨著甲基的斷裂，咲喃環(huán)打開(kāi)，作為副產(chǎn)品牛成甲烷，以及一氧化碳和二氧化碳,同時(shí)剩余的氧原子以水的形式大

8、量釋放出來(lái)。炭化后期，咲喃分子經(jīng)過(guò)重排又轉(zhuǎn)變成了一個(gè)具有雙鍵結(jié)構(gòu)的六元芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，同時(shí)發(fā)牛脫氫反應(yīng)，向石墨微晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。咲喃樹(shù)脂的炭化（熱解）過(guò)程如下圖所示，熱解過(guò)程屮，咲喃樹(shù)脂的線性收縮率為20%?40%,最終樹(shù)脂炭的密度為1.55g/cm3左右。<450玄0120TCO［二二二二二.CO]9■門(mén)275V.460尤1.--300400500600￡III、樹(shù)脂浸漬一炭化增密工藝炭炭復(fù)合材料的樹(shù)脂浸