碳碳复合材料的制备方法共36页
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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。
碳碳复合材料的制备方法
碳碳复合材料的制备方法主要包括以下步骤:
增强纤维及其织物的选择: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,可以决定C/C复合材料的力学性能和热物理性能。
碳纤维预制坯体的制备: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。
目前C复合材料主要使用的编织工艺是三维整体多向编织,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。
C/C的致密化工艺:致密化程度和效率主要受织物结构、基体材料工艺参数的影响。
目前使用的工艺方法有浸渍碳化、化学气相沉积(CVD)、化学气相渗透(CVI)、化学液相沉积、热解等方法。
主要使用的工艺方法有两大类:浸渍碳化工艺和化学气渗透工艺。
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。
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是一种重要的制备碳碳复合材料(C/C)的方法。
碳碳复合材料具有优异的高温性能和抗氧化性能,因此在航空航天和汽车制造等领域有着广泛的应用。
本文将介绍化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理、工艺及其在工程领域的应用。
一、碳碳复合材料的特点1. 高温性能:碳碳复合材料具有优异的高温强度和稳定性,在高温下依然能够保持较好的力学性能。
2. 抗氧化性能:碳碳复合材料在高温氧化条件下依然能够保持较好的性能,不易氧化。
3. 导热性能:碳碳复合材料具有优异的导热性能,能够有效传导热量。
4. 轻质高强:碳碳复合材料具有较低的密度和较高的强度,是一种优秀的结构材料。
二、化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理化学气相沉积是一种将气态前体物质经化学反应沉积到基底表面上形成薄膜或者块体材料的方法。
在制备碳碳复合材料中,通过该方法可以实现碳元素在高温条件下的重复沉积,形成高纯度的碳碳复合材料。
1. 原料气体的选择:一般采用含碳气体作为原料气体,如甲烷、乙烷等,同时还需要控制供气速率和混合气的比例。
2. 反应机理:原料气体在高温条件下发生裂解或氧化等反应,产生碳原子或碳烷基自由基。
这些自由基在基底表面上发生聚合反应,逐渐形成碳碳键,最终形成碳碳复合材料。
3. 控制条件:制备碳碳复合材料需要控制反应温度、反应压力、反应时间等参数,来实现碳元素的高纯度沉积。
三、化学气相沉积制备碳碳复合材料的工艺步骤1. 基底处理:对基底进行表面处理,包括清洗、激活等工艺,以增强基底表面对碳的吸附能力。
2. 原料气体供给:将经过预处理的原料气体供给到反应室内,并在一定的温度和压力条件下进行反应。
3. 沉积过程:原料气体在基底表面发生化学反应,并逐渐形成碳碳复合材料。
4. 后处理工艺:对沉积后的材料进行退火、表面处理等工艺,以提高碳碳复合材料的性能。
四、化学气相沉积制备碳碳复合材料的应用碳碳复合材料由于其优异的性能,在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域有着广泛的应用。