碳/碳复合材料预制体的制备研究(2)

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参考文献 19

1 绪论

1.1 C/C复合材料

1.1.1 C/C 复合材料的特点及发展概况

基体和增强体构成了复合材料，在碳碳复合材料中，有基体和增强体，其中基体是碳，增强体是碳纤维集合体。1958 年，在一次失败的实验中碳碳复合材料被偶然发现，知道1970年前，才作为为工程材料[1]。于 1970 年，碳碳复合材料的研究有了飞跃的进步，已开发出多种预制体制造技术和气相和液相的致密化过程，是优秀的复合材料，一开始在军事工业和航天方面所应用。自 80 年代以来许多国家发起了此类物质的材料的工艺和性能的研究与开发，材料致密化的速度和性能大大提高，同时获得更高的性能，复合材料在在较低成本的民用工业等领域逐渐被采用，碳碳复合材料已经作为一些摩擦零件在机动车里。今天，碳碳复合材料已成为高科技材料的重要成员之一。

碳碳复合材料有点非常多，可根据实际需要设计不同的复合材料，而且它的特性很好[2]。

（1）良好的稳定性。碳碳复合材料的组成是不同类型的碳，因为强力之间的碳原子，因此这样的材料在各种条件下很难被摧毁，稳定性是很好;

（2）良好的耐热性。由于碳碳复合材料的组成是几乎所有的碳原子和碳高熔点和复合材料的耐高温性能好，耐高温 3000 度以上，高温且在惰性气氛中能发挥工程材料的最佳力学性能。甚至更独特的是，在高温度下碳碳复合材料的力学性能比室温更好，一般随温度的升高将会上升，这是其重要的特征之一；

（3）低密度。由于碳碳复合材料的增强体更多为孔纤维集合体，增加的关键是碳在材料中不能沉积完全，材料内部容易形成的残留的不继续封闭裂孔，

，其密度一般低于2 g/cm3，密度才为陶瓷材料的一半[3]，这个特性可以使其制备很多轻强度高的材料以适应设备的要求，作为航天器材上的许多地方;

（4）抗烧蚀性能好。碳碳复合材料抗高温能力出众，在高温的环境中体现出独特的优异性[4]；

（5）良好的耐摩擦。碳碳复合材料摩擦系数低和摩擦性能稳定，适用于各类零件磨损和摩擦设备（如汽车刹车片等）；

（6）各向异性的热导率。由于碳纤维的径向和轴向的热导率在材料中是不同的因此，最终材料的热导率会根据环境冷热变化，石墨晶体取向等性能会根据石墨化温度的上升而变好；

（7）很好的力学性能。超越密度依赖力学性能的碳碳复合材料、碳纤维（纤维方向、浓度）、车身结构（方向和类型的结构类型和纤维）、碳决定了碳的矩阵结构，孔隙率和纤维/基体界面结合强度。它的轴向的弹性模量最高[5-8]。

由于这些独特性能的碳碳复合材料研究近年来越来越多的应用领域也逐渐从军事工业和航空航天工业转向基础产业的发展，碳碳复合材料因此在刚出现的材料领域中担任着非常重要的角色。

1.1.2 C/C 复合材料的制备方法

碳碳复合材料的制备方法不同，制备工艺的原料也各不相同，总结为浸渍、CVD(CVI)，高压碳化(PIC)和粉末烧结方法(如图1.1所示)。

CVD法早在21世纪之前就有了，它是用碳氢化合物，像一些低分子量的碳氢化合物，在环境非常热的情况下在预成型体内沉积，因而准备碳碳复合材料。一般CVI与CVD有一样的地方也有不同的地方，其中CVI工艺过程中形成的碳沉积，目的是尽可能使孔隙数目减少，大小也减小，优势明显。但缺点也很明显，比如过程要花很久的时间，要购买昂过的设备，效率不高等等。浸渍法是另一种制备碳碳复合材料的方法，我们把预成型放入浸渍剂中论文网，不断施加压力其孔隙中被浸渍剂充分渗入，这个步骤要不断循环，其中有石墨化、固化等，最后获得碳碳复合材料。浸渍法的装置相对方便，但要打到密度所需要求需要经过多次浸渍碳化的循环。