碳碳复合材料.doc

复合材料论文论文题目:碳/碳复合材料的研究姓名:王志刚班级:金属材料工程2010级3班学号:1001130326 指导教师:吴杰引言:C/C复合材料是指以碳纤维作为增强体,以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类,既可以用短切纤维,也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于C/C复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳,也可以是高分子材料热解形成的固体碳。C/C复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员,具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点,尤其是其强度随着温度的升高,不仅不会降低反而还可能升高,它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。正文:碳/碳复合材料的特征C/C复合材料具有低密度、高强度、高比模、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2000℃以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性(组织成分及力学性能上均相容)、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能,尤其是C/C复合材料强度随温度的升高不降反升的独特性能,使其作为高性能发动机热端部件和使用于高超声速飞行器热防护系统具有其它材料难以比拟的优势[1]。碳/碳复合材料的成型加工碳/碳复合材料的碳基体可以从很多碳源采用不同的方法获得,典型的基体有树脂碳和热解碳,前者是合成树脂或沥青经碳化和石墨化而得,后者由烃类气体的气相沉积而成。C/C复合材料坯体所用碳纤维、碳纤维织物或碳毡等的选择是根据复合材料所制成构件的使用要求来确定的,同时要考虑到坯体与基体碳的界面配合C/C复合材料的坯体可分为单向、二向和三向,甚至可以是多向方式,大多采用编织方法制备。在制备圆桶、圆锥或圆柱等坯体时需要采用计算机控制来进行编织。C/(CVD)工艺CVD工艺是最早采用的一种C/C复合材料致密化工艺,其过程为把CF坯体放入专用CVD炉中,加热至所要求的温度,通入碳氢气体,这些气体分解并在坯体内CF周围空隙中沉积碳。基本原理碳氢气体(如CH4、C2H6、C3H3、C2H4)等受热时,形成若干活性基,活性基与CF表面接触时,就沉积出碳,以甲烷为例,此过程可用下列模型表示式中ΔQ为裂解必需的,由外部加入的能量。CVD法的优点是工艺简单,坯体的开口孔隙很多,增密的程度便于精确控制,易于获得性能良好的C/C复合材料。缺点是制备周期太长,生产效率很低。(2)CVDC/C复合材料的基本方法CVD法包括等温法、热梯度法、压差法、脉冲法、等离子体辅助CVD法。①等温法:即将坯体放在等温的空间里,在适当的压力下,让碳氢气体不断地从坯体表面流过,靠气体的扩散作用,反应气体进入样品孔隙内进行沉积,该法特点是工艺简单,但周期很长,制品易产生表面涂层,最终密度不高。②热梯度法:在坯体内外表面形成一定温度差,让碳氢气体在坯体低温表面流过,同样,也是依靠气体扩散作用,反应气体扩散进孔隙内进行沉积,由于反应气体首先接触的是低温表面,因此,大量的沉积发生在样品里侧,表面很少沉积或不沉积,随着沉积过程的进行,坯体里侧被致密化,内外表面温差越来越小,沉积带逐渐外移,最终得到从里至外完全致密的制品。此法周期较短,制