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C/C 復(fù)合材料的制備方法你知道哪些？
C/C復(fù)合材料的兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域C/C復(fù)合材料作為一種集熱結(jié)構(gòu)與功能于一體的優(yōu)良工程材料，自1958年誕生以來(lái)，在軍事工業(yè)上取得了巨大的進(jìn)步，而C/C復(fù)合材料最重要的應(yīng)用是制造導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部零件。由于其耐高溫和良好的摩擦性能，已廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)和賽車制動(dòng)器、熱元件和機(jī)械緊固件、熱交換器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件等。
制備C/C復(fù)合材料的方法主要有兩種:化學(xué)氣相法(CVD或CVl)和液相浸漬碳化法。前者以有機(jī)低分子氣體為前驅(qū)體，后者以熱塑性樹(shù)脂(石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青)或熱固性樹(shù)脂(呋喃、糠醛、酚醛樹(shù)脂)為基體前驅(qū)體。這些原料在高溫下經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，轉(zhuǎn)化為基體碳。為了獲得更好的致密化效果，通常采用化學(xué)氣相法和液相浸漬-碳化法進(jìn)行復(fù)合材料致密化，以獲得理想密度的C/C復(fù)合材料。
1.液體浸漬法-碳化法
液相浸漬法是制備C/C復(fù)合材料的一種重要方法，其設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，適用性廣。它是將碳纖維制成的預(yù)制體浸入液體浸漬劑中，通過(guò)加壓使浸漬劑充分滲入預(yù)制體的間隙，然后經(jīng)過(guò)固化、碳化、石墨化等一系列循環(huán)，最終得到C/C復(fù)合材料。它的缺點(diǎn)是需要反復(fù)的浸漬和碳化循環(huán)來(lái)滿足密度要求。浸漬劑的組成和結(jié)構(gòu)在液相浸漬中至關(guān)重要，它不僅影響致密化效率，而且影響制品的力學(xué)和物理性能。提高浸漬劑的碳化收率和降低浸漬劑的粘度一直是液相浸漬法制備C/C復(fù)合材料需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。浸漬劑粘度高、碳化收率低是C/C復(fù)合材料成本高的重要原因之一。改善浸漬劑的性能不僅可以提高C/C復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，降低其成本，還可以改善C/C復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。C/C復(fù)合材料的碳纖維在空氣中的氧化從360℃開(kāi)始，石墨纖維略好于碳纖維。初始氧化溫度為420℃，C/C復(fù)合材料的氧化溫度約為450℃。C/C復(fù)合材料在高溫氧化性氣氛中易被氧化，氧化速率隨溫度的升高而迅速增加。如果沒(méi)有防氧化措施，C/C復(fù)合材料長(zhǎng)期在高溫氧化環(huán)境中使用必將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，C/C復(fù)合材料的抗氧化處理已成為其制備過(guò)程中不可或缺的一部分。從抗氧化技術(shù)來(lái)看，可以分為內(nèi)部抗氧化技術(shù)和抗氧化涂層技術(shù)。
2.化學(xué)氣相法
化學(xué)氣相沉積(cVD或cVI)是將碳直接沉積在坯體的孔洞中，從而填充孔洞，增加密度。沉淀炭易于石墨化，與纖維的物理相容性好，不會(huì)像浸漬法那樣在再碳化過(guò)程中收縮，但這種方法具有更好的物理機(jī)械性能。但是，在cVD過(guò)程中，如果碳沉積在坯體的表面，它將阻止氣體擴(kuò)散到內(nèi)孔中。表面沉積的碳要用機(jī)械去除，然后再進(jìn)行新一輪的沉積。對(duì)于厚的產(chǎn)品，CVD法也有一定的困難，而且這種方法的周期也很長(zhǎng)。
