電熱法CVD制備C-C復(fù)合材料及其工藝研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、密度低、高導(dǎo)熱性、摩擦性能好，以及沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)。常用于制備導(dǎo)彈錐體、火箭喉襯、飛機(jī)剎車片等部件，近年來(lái)在機(jī)輪導(dǎo)軌、醫(yī)用材料、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和活塞等工業(yè)方面也逐漸擴(kuò)大用量。本文采用電熱化學(xué)氣相沉積法（Electrothermal chemical vapor deposition,ECVD）制備C/C復(fù)合材料，以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備、縮短制備周期、降低制備成本。
　　本文以碳?xì)譃轭A(yù)制體，C2H2為碳源氣體，N2為稀

2、釋氣體，利用碳?xì)值膶?dǎo)電性，對(duì)其直接充電，以碳?xì)肿陨懋a(chǎn)生的熱量裂解碳源氣體。在實(shí)驗(yàn)之前先對(duì)碳?xì)值淖铚靥匦赃M(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)碳?xì)值碾娮杪孰S溫度升高其電阻下降，變化規(guī)律為ρ=ρ0(1-4.067×10-4t)。
　　本文對(duì)ECVD制備C/C復(fù)合材料的工藝條件進(jìn)行了深入研究，分析了工藝條件對(duì)增密 C/C復(fù)合的影響。探討了熱解溫度、碳源濃度等對(duì)碳源致密化速率的影響。發(fā)現(xiàn)預(yù)制體內(nèi)部形成一定的溫度梯度，致密過(guò)程中分為致密區(qū)、未沉積區(qū)、多孔區(qū)等三個(gè)區(qū)

3、域；分析了熱解溫度、碳源濃度、滯留時(shí)間對(duì)復(fù)合材料的最終密度的影響，發(fā)現(xiàn)沉積30小時(shí)后，當(dāng)C2H2:N2=1:20時(shí)得到最高密度為1.55g/cm3，試樣內(nèi)部密度呈現(xiàn)梯度分布；對(duì)制備復(fù)合材料的炭收率進(jìn)行了測(cè)量，為優(yōu)化工藝條件提供了參考。
　　研究了電熱法工藝條件對(duì)PyC結(jié)構(gòu)的影響，分析了熱解溫度、碳源濃度對(duì)PyC的影響。發(fā)現(xiàn)特定的工藝條件下，可以生長(zhǎng)出球狀、球棒狀、棉絮狀等多種形狀的點(diǎn)狀PyC，提出雨點(diǎn)分布、樹(shù)枝分布、纏結(jié)分布等三種

4、形核模型。同時(shí)對(duì)PyC微晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)碳源濃度增加后，CF表面結(jié)晶度提高了，使得晶體結(jié)構(gòu)的有序度提高，從而使CF表面的石墨化度和La都增大。
　　對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行了抗彎性能測(cè)試，比較碳?xì)煮w密度對(duì)C/C復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度的影響，利用應(yīng)力-位移曲線分析了材料的斷裂特征，并結(jié)合掃描電子顯微鏡觀察材料的斷面形貌和分析復(fù)合材料的斷裂機(jī)理。
　　碳源氣體C2H2是熱穩(wěn)定很高的分子，乙炔的初始的反應(yīng)物并不能發(fā)生裂解反應(yīng)，而是發(fā)生