低成本高温隔热CC复合材料的研制

C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。

优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

缺点：非轴向力学性能差，破坏应变低，空洞含量高，纤维与基体结合差，抗氧化性能差，制造加工周期长，设计方法复杂。

二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。

技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。

影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。

工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。

接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。

温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。

二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。

热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。

浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。

渗碳方法：化学气相沉积法。

基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。

化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。

碳碳复合材料抗氧化涂层关键技术
一、项目简介
研究碳/碳复合材料在高温有氧环境下的氧化保护问题，使得碳/碳复合材料飞机刹车片、飞机用碳/碳复合材料尾喷管等关键零部件材料具有耐高温氧化的能力，能够在高温有氧环境中长时间使用。

主要技术指标要求：飞机刹车片用碳/碳复合材料能够达到在1000℃下经过200小时，氧化失重小于1%；飞机用碳/碳复合材料尾喷管等在1500℃下经过200小时，氧化失重小于1%。

二、企业接产条件
不需要大的投资，一般的涂层和陶瓷薄膜制备企业均可以工业化生产，推广前景广阔。

三、经济效益分析
碳/碳(C/C)复合材料是可用于高温环境下的先进复合材料之一，由于其热膨胀系数低、密度低、耐烧蚀、耐腐蚀、摩擦系数稳定、导热导电性能好和高强度、高模量等特点，特别是随温度升高力学性能不降反升的特性，被应用于航空、航天及民用工业领域。

可以用来制备飞机刹车片和发动机尾喷管等。

然而，在高温氧化气氛的条件下，氧化失重将使得C/C复合材料的力学性能明显下降，从而限制了其作为高温结构材料在氧化气氛下的广泛应用。

因此，解决或提高C/C复合材料耐高温氧化能力有望使得碳/碳复合材料得到更为广泛的应用，带来巨大的经济效益。

CC复合材料HfC抗烧蚀涂层的制备、结构及性能研究的开题报告一、研究背景及意义烧蚀是高温材料所面临的一个严峻问题，主要指材料在高温气体或等离子体环境下遭受氧化、剥离、熔化等热化学反应的损伤。

为了提高高温结构材料的耐烧蚀性能，已经发展了多种抗烧蚀涂层技术。

其中，CC复合材料（C/C复合材料）因其具有高强度、高温稳定性和良好的耐烧蚀性能等优点，已广泛应用于航空、航天、能源等领域。

但是，由于CC复合材料表面易于受到热化学反应的损伤，因此需要在CC复合材料表面设计制备耐烧蚀涂层，以提高其耐高温氧化烧蚀性能。

HfC是一种具有良好高温稳定性和高硬度的陶瓷材料，在高温氧化、烧蚀等恶劣环境下具有良好的抗损伤性能。

因此，将HfC作为抗烧蚀涂层的材料，可以有效提高CC复合材料的耐高温氧化烧蚀性能。

目前，采用热处理或等离子喷涂等方法在CC复合材料表面制备HfC涂层已成为研究热点之一。

本研究旨在采用等离子喷涂技术制备HfC涂层，并研究其制备过程中HfC涂层的结构与形貌，以及涂层与基材之间的界面结合情况及其对涂层的影响。

同时，将对涂层的烧蚀性能、氧化性能和机械性能进行测试，为设计制备温度更高、性能更好的抗烧蚀涂层提供理论基础和实验依据。

二、研究内容和技术路线1. HfC涂层的制备过程采用等离子喷涂技术制备HfC涂层，对不同制备工艺参数的影响进行研究，并选择最优制备参数进行大面积涂层制备。

2. 涂层结构及形貌分析利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等手段，研究制备的HfC涂层在不同条件下的结构与形貌特征。

3. 界面结合情况分析通过剥离测试、横向切割等分析方法，研究涂层与基材之间的界面结合情况，并探讨不同制备参数对界面结合强度的影响。

4. 涂层性能测试对制备的HfC涂层进行烧蚀性能、氧化性能和机械性能测试，比较不同制备条件下的涂层抗烧蚀、氧化和机械性能，探究涂层性能与结构之间的关系。

三、预期成果及其意义1. 成功制备具有较高性能的HfC涂层通过对等离子喷涂技术制备过程中的参数调控，成功制备出具有良好抗烧蚀、抗氧化和机械性能的HfC涂层。

C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。

优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

缺点：非轴向力学性能差，破坏应变低，空洞含量高，纤维与基体结合差，抗氧化性能差，制造加工周期长，设计方法复杂。

二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。

技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。

影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。

工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。

接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。

温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。

二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。

热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。

浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。

渗碳方法：化学气相沉积法。

基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。

化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。

碳碳复合材料关键技术碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composite，简称C/C复合材料）是一种由碳纤维和碳基矩阵构成的复合材料。

由于其具有高温性能优异、热膨胀系数低、机械性能良好等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

以下将从碳纤维制备、矩阵制备、界面处理和复合加工等方面介绍碳碳复合材料的关键技术。

一、碳纤维制备技术碳纤维是C/C复合材料的增强材料，其性能直接影响到C/C复合材料的性能。

碳纤维的制备一般采用有机纤维作为前体材料，在高温下进行热解和碳化得到。

传统的碳纤维制备方法包括湿法纺丝法和气相沉积法。

湿法纺丝法是将前驱体纤维在溶胶-凝胶体系中纺丝，然后高温热解得到碳纤维。

气相沉积法是将前驱体纤维暴露在碳源气氛中，通过热解和碳化反应得到碳纤维。

此外，近年来发展起来的熔融纺丝法和电纺丝法也逐渐应用于碳纤维制备。

二、矩阵制备技术矩阵是C/C复合材料的基体材料，起到固定和保护纤维的作用。

常用的矩阵制备方法有化学气相沉积法、碳热还原法和化学气相渗透法。

化学气相沉积法是将碳源气体通过热解和反应沉积在碳纤维上，形成矩阵。

碳热还原法是将含碳化合物的预制体在高温下进行热解和碳化反应，生成矩阵。

化学气相渗透法是将含碳化合物的液体浸渗进碳纤维预制体中，通过热解和碳化反应形成矩阵。

三、界面处理技术界面处理是为了提高碳纤维与矩阵之间的结合强度和界面粘结性，常用的界面处理方法有化学处理、物理处理和涂覆处理等。

化学处理常用的方法是在碳纤维表面进行活化处理，增加官能团的引入，提高界面的粘结性。

物理处理包括机械刻蚀、喷砂和放电等方法，通过增加表面粗糙度来提高界面粘结强度。

涂覆处理是在碳纤维表面涂覆一层界面增强剂，增加界面的粘结性和耐热性。

四、复合加工技术复合加工是将碳纤维和矩阵进行预制件的成型和烧结，常用的复合加工方法包括热压、热处理和化学气相渗透等。

热压是将碳纤维和矩阵按照一定的层序和排列方式进行堆叠，然后在高温和高压的条件下进行热压成型。

碳-碳复合材料的制备方法1. 碳-碳复合材料的制备方法碳-碳复合材料是一类具有优异性能的新型材料，常用于热学性能及高温抗烧结性能之外的特殊应用。

它具有高强度、高热稳定性、低模量和良好的耐化学腐蚀性，并且可以设计成各种复杂形状，因此被广泛应用于航空、航天等高科技行业中。

碳-碳复合材料的制备一般包括集成复合物的各个组成部分的制备以及它们的组装联结等，而这些制备和组装工艺又被称为“复合工艺”。

基本来说，碳-碳复合材料由一系列由碳和其它修饰材料组成的复合物组成，这是由溶液法、烧结法、粉末冶金法、直接快速植入方法以及功能介层固化法等多种工艺组合而成的。

溶液法是碳复合材料制备方法中最常用的一种，主要由三个步骤组成：碳基物制备、碳基物成型和碳基物焙烧。

在此过程中，主要利用溶剂来分解有机物，如碳化硅、苯乙烯等，然后向浆状物中添加适量的碳，最后经过热处理使之形成碳复合材料。

此方法具有成本低、效率高、便于控制碳/粘结剂结构关系等优点，因此在航空航天等行业中被广泛应用。

烧结法是另一种非常常用的碳复合材料制备工艺，主要由三个基本步骤组成：碳基物成型、焙烧和共烧，其中烧结过程基本上是由碳基物材料与焙烧助剂、聚分散剂等组成的混合物经过热反应后形成碳复合材料的一系列烧结步骤。

由于不存在溶剂抽提过程，保留的焦炭少、结构紧密、充分反映基物材料的性能特性，因此在生产过程中可以充分发挥出基物材料的最大潜力，为碳复合材料提供更好的性能。

功能介层固化法是将固体和液体介质固体化的一种新方法，这类固体化工艺把多种固体介质及/或液体溶剂在功能介质的介层中形成固相复合，因此可以在不改变碳基物特性的情况下控制碳基物成型，并获得良好的成膜性能。

这种方法的应用非常宽泛，不仅用于碳-碳复合材料的制备，还可用于各类非金属材料的制备，为复杂结构材料的制备建立了新的技术基础。

以上就是关于碳-碳复合材料制备方法的一些概要介绍。

这类复合材料具有一定特殊性能，被广泛应用于航空航天等行业，但其制备工艺仍有许多发展空间，因而有许多研究者们不断探究改进方法以提高其性能，从而扩大碳-碳复合材料的使用范围。

碳碳复合材料制备方法
碳碳复合材料是一种由碳纤维增强体和碳基质组成的高性能复合材料，因其卓越的高温性能、高强度重量比以及良好的耐磨损和抗热震性，在航空航天、核能、汽车工业等领域有着广泛应用。

制备碳碳复合材料的方法主要有以下几种：
1.液相浸渍-炭化法：
-步骤包括：首先选择合适的碳纤维预制件（如编织布、层压板或三维编织结构），然后将其浸入树脂或其他碳前驱体溶液中进行渗透。

-接着在惰性气氛下经过预氧化处理，将树脂转化为中间相炭素或其他炭质物质。

-最后通过多级高温炭化过程，逐步去除非碳元素，使碳纤维与基质紧密结合，形成连续的碳网络。

2.热解化学气相沉积法：
-在该方法中，碳纤维预制件置于反应腔内，并通入含碳气体（如甲烷、丙烯等）。

-当气体在纤维预制件内部扩散并吸附于纤维表面时，会在高温条件下分解并在预制件内部沉积成碳，从而逐渐填充空隙形成连续的碳基质。

3.热压烧结法：
-该方法通常用于制备短切碳纤维/石墨粉末复合材料。

-首先将碳纤维和石墨粉混合均匀，然后放入模具中，在高温高压下直接进行烧结，使得纤维和粉末之间实现致密化连接。

4.碳源熔融渗透法：
-使用碳源（如聚丙烯腈、沥青等）熔融后渗透到碳纤维预制体中，随后经过一系列热处理得到碳碳复合材料。

5.真空袋灌注成型技术结合以上浸渍工艺：
-采用真空袋技术可以提高液相浸渍过程中树脂或碳前驱体的渗透效率。

高温复合材料的制备与性能研究在现代工业领域中，高温环境下的材料性能一直备受关注。

特别是在航空航天、能源和汽车等领域，对于能够耐受高温环境的材料的需求越来越迫切。

高温复合材料因其出色的性能而备受研究者的关注。

本文将着重探讨高温复合材料的制备方法以及其在高温环境下的性能表现。

一、高温复合材料的制备方法1. 碳纤维复合材料的制备碳纤维是高强度、高刚度且具有良好的高温稳定性的材料，广泛应用于航空航天领域。

其制备方法包括以下步骤：（1）聚合物浸渍：将预先制备好的聚合物树脂溶液浸渍到碳纤维预制板中，使其充分浸透，并确保树脂均匀分布。

（2）预固化：将浸渍后的纤维板放入烘箱中进行预固化处理，以去除多余的溶剂。

（3）层叠：将多层预固化的纤维板按照设计要求进行层叠，形成整体结构。

（4）成型：采用高温和高压的成型工艺，将层叠好的纤维板进行固化，形成最终的碳纤维复合材料。

2. 高温陶瓷复合材料的制备高温陶瓷复合材料因其优异的抗高温性能和化学稳定性，在航空航天和能源领域得到广泛应用。

其制备方法主要包括以下两种：（1）热压烧结法：将预先混合好的陶瓷颗粒和增强材料按照一定的比例放入模具中，然后在高温高压下进行热压烧结。

在这个过程中，陶瓷颗粒会互相结合，形成致密的复合材料。

（2）化学气相沉积法：通过化学反应，在陶瓷预制体表面沉积出一层陶瓷膜。

随后，将其放入高温炉中，在合适的温度下进行热处理，使陶瓷预制体与陶瓷膜结合。

二、高温复合材料的性能表现1. 高温稳定性高温稳定性是评价高温复合材料性能的关键指标之一。

研究表明，碳纤维复合材料在高温环境下能保持其机械性能稳定，而高温陶瓷复合材料能够在极高的温度下保持其结构的完整性。

2. 热膨胀性能由于高温环境下材料由于热胀冷缩，热膨胀性能是一个重要的性能指标。

研究表明，碳纤维复合材料具有较低的热膨胀系数，能够减少在高温下的热应力；而高温陶瓷复合材料的热膨胀系数接近于金属材料，因此具有优异的热膨胀性能。

CC复合材料制备⼯艺简介沥青基碳材料本⽂来源：上海皓越精彩⽂章现在开始碳基复合材料碳/碳(C/C)复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料, 具有⾼强⾼模、⽐重轻、热膨胀系数⼩、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等⼀系列优异性能, 是⼀种新型的超⾼温复合材料。

C/C复合材料作为优异的热结构-功能⼀体化⼯程材料。

它和其他⾼性能复合材料相同，是由纤维增强相和基本相组成的⼀种复合结构，不同之处是增强相和基本相均由具有特殊性能的纯碳组成。

碳/碳复合材料主要是由碳毡、碳布、碳纤维作为增强体，⽓相沉积碳做为基体经过复合⽽制成，但是它的组成元素只有⼀个就是碳这个元素。

为了增加密度，由碳化⽽⽣成的浸渍碳或浸渍在康铜树脂(或沥青)，也就是说碳/碳复合材料是由三种碳材料复合⽽制成的。

碳碳复合材料的制造⼯艺⼀、碳碳/碳复合材料的制备过程包括增强纤维及其织物的选择、基体碳先驱体的选择、C/C预制坯体的成型、碳基体的致密化以及最终产品的加⼯检测等。

检测等1）碳纤维的选择纱束的排列取向、纱束间距、纱束体碳纤维束的选择和纤维织物的结构设计是制造C/C复合材料的基础，通过合理选择纤维种类和织物的编制参数，如纱束的排列取向、纱束间距、纱束体积含量等，可以决定C/C复合材料的⼒学性能和热物理性能。

积含量等2）碳纤维预制坯体的制备预成型结构件的加⼯⽅式主要有三种：软编、硬编和预制坯体是指按产品形状和性能要求先把纤维成型为所需结构形状的⽑坯，以便进⾏致密化⼯艺。

预成型结构件的加⼯⽅式主要有三种：软编、硬编和软硬混编。

编织⼯艺主要有：⼲纱编织、预浸渍维杆组排、细编穿刺、纤维缠绕以及三维多向整体编织等。

⽬前C复合材料主要使⽤的编织⼯艺是软硬混编。

编织⼯艺主要有：⼲纱编织、预浸渍维杆组排、细编穿刺、纤维缠绕以及三维多向整体编织等。

三维整体多向编织，编织过程中所有编织纤维按照⼀定的⽅向排列，每根纤维沿着⾃⼰的⽅向偏移⼀定的⾓度互相交织构成织物，其特点是可以成型三维多向整体织物，可以有效的控制C/C复合材料各个⽅向上纤维的体积含量，使得C/C复合材料在各个⽅向发挥合理的⼒学性能。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011217790.0(22)申请日 2020.11.04(71)申请人 哈尔滨工业大学（威海）地址 264200 山东省威海市环翠区文化西路2号申请人 烟台鲁航炭材料科技有限公司(72)发明人 张涛　范丽君　夏龙　钟博　王春雨　王华涛　(74)专利代理机构 北京中创博腾知识产权代理事务所(普通合伙) 11636代理人 李艳艳(51)Int.Cl.C04B 35/577(2006.01)C04B 35/80(2006.01)C04B 35/622(2006.01)(54)发明名称一种低成本耐高温碳陶复合材料及制备方法(57)摘要本发明涉及一种低成本耐高温碳陶复合材料及制备方法，所述的碳陶复合材料为对碳陶复合材料增强体使用先驱体进行增密处理得到，所述的先驱体原料包括正硅酸乙酯、铝粉、无水乙醇、三甲基二氯硅烷和碱性硅溶胶。

将装满先驱体的多针头注射器均匀插到碳陶复合材料增强体表面，多针头注射器和碳陶复合材料增强体对称布置到离心筒四周，启动离心筒，多针头注射器中的先驱体在离心力作用下均匀从碳陶复合材料增强体上表面渗入下表面，加热作用下多驱体挥发水分，将固含量留在碳陶复合材料增强体内，形成致密化并干燥处理后的碳陶复合材料生坯基体，然后再经过烧结得到碳陶复合材料。

所述的碳陶复合材料耐高温，而且制备成本低。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 112299854 A 2021.02.02C N 112299854A1.一种低成本耐高温碳陶复合材料，其特征在于，所述的碳陶复合材料为对碳陶复合材料增强体使用先驱体进行增密处理得到，所述的先驱体原料包括正硅酸乙酯、铝粉、无水乙醇、三甲基二氯硅烷和碱性硅溶胶，所述先驱体的合成过程如下：1)将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水在室温下混合均匀，制备出含硅、氧源的溶液；2)在隔绝空气的条件下，将三甲基二氯硅烷缓慢滴加到铝粉中，并缓慢搅拌；3)在步骤2)的铝粉与甲基二氯硅烷混合物中缓慢滴加碱性硅溶胶，并用氨水调节pH值至9-10.5，在60-95℃下至铝粉形成胶体状，得到胶体状铝粉；4)将步骤1)的含硅、氧源的溶液与步骤3)的胶体状铝粉进行均匀混合，并搅拌，加去离子水调整粘度至100-800cps，得到先驱体。