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以天然气为碳源的CVI法制备C/C复合材料的研究

作　者: 唐兵
导　师: 张红波
学　校: 中南大学
专　业: 粉体材料科学与工程
关键词: C/C复合材料 化学气相渗透 热解炭
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


CVI热解炭的显微结构对C/C复合材料的性能有显著的影响,如何调控CVI工艺参数实现C/C复合材料的快速致密化同时得到所需结构的热解炭一直是国内外研究的热点课题之一。目前, C/C复合材料生产常用的碳源为丙烯,但是其气体利用率较低,价格昂贵,生产成本高,一定程度上阻碍了C/C复合材料的发展与应用。因此,要提高C/C复合材料的市场竞争力,必须发展新碳源降低产品的生产成本。基于这一目标,本文以天然气为碳源,采用等温CVI工艺制备C/C复合材料,分别研究了沉积温度、沉积压力与气体滞留时间对等温CVI制备C/C复合材料致密化和显微结构的影响,得到的主要结论如下：(1)沉积温度是CVI致密化工艺的重要工艺参数,在沉积压力为10KPa时,当沉积温度由1000℃升高到1100℃,沉积100h后,试样的密度增加到1.38g/cm3,继续提高沉积温度到1150℃,密度降低为1.32g/cm3。沉积温度为1100℃时,试样内部为RL结构。(2)在沉积温度为1100℃时,随着沉积压力从1KPa提高到15KPa,沉积100h后,试样的密度从1.08g/cm3增加到1.58g/cm3,提高压力对致密化是有利的。沉积压力为15KPa时,试样内热解炭为RL与SL组成的Banded结构,压力为10KPa和12KPa时,得到RL结构。(3)在沉积温度为1100℃,沉积压力为10KPa的工艺条件下,当滞留时间从0.13s增加到0.32s时,试样密度由1.20g/cm3增加到1.46g/cm3,继续增加滞留时间到0.40s时,密度降低为1.05g/cm3。滞留时间为0.22s和0.32s时,得到RL结构。(4)通过正交实验设计数据处理及分析,得知沉积压力是决定C/C复合材料密度的最重要因素,而滞留时间是决定热解炭显微结构的最重要因素,得到本实验条件下的最优化工艺条件。本研究条件下,最优的工艺参数是沉积温度1100℃、沉积压力12KPa和滞留时间0.32s。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 C/C复合材料的制备  8-14
    1.1.1 炭纤维预制体  8-10
    1.1.2 预制体致密化  10-14
  1.2 化学气相沉积C/C复合材料的结构  14-21
    1.2.1 C/C复合材料的结构  14-18
    1.2.2 C/C复合材料制备工艺对结构的影响  18-21
  1.3 研究背景  21-22
  1.4 主要研究内容  22-23
第二章 材料制备与实验方法  23-29
  2.1 C/C复合材料的制备  23-26
    2.1.1 天然气  23
    2.1.2 预制体  23-24
    2.1.3 CVI增密  24-25
    2.1.4 石墨化处理  25-26
  2.2 材料的显微结构金相观察与分析  26-28
    2.2.1 金相试样的制备  26
    2.2.2 热解炭显微结构观察  26
    2.2.3 热解炭厚度测量  26-27
    2.2.4 消光角的测量  27-28
  2.3 C/C复合材料的石墨化度测定  28-29
第三章 沉积温度对密度和结构的影响  29-39
  3.1 试样制备  29
  3.2 实验结果及分析  29-38
    3.2.1 沉积温度对试样增密的影响  29-30
    3.2.2 沉积温度对热解炭显微结构的影响  30-36
    3.2.3 沉积温度对石墨化度的影响  36-38
  3.3 小结  38-39
第四章 沉积压力对密度和结构的影响  39-50
  4.1 试样制备  39
  4.2 实验结果及分析  39-49
    4.2.1 沉积压力对试样增密的影响  39-42
    4.2.2 沉积压力对热解炭显微结构的影响  42-48
    4.2.3 沉积压力对石墨化度的影响  48-49
  4.3 小结  49-50
第五章 滞留时间对密度和结构的影响  50-60
  5.1 滞留时间定义  50-52
  5.2 试样制备  52
  5.3 实验结果及分析  52-59
    5.3.1 滞留时间对试样增密的影响  52-53
    5.3.2 滞留时间对对热解炭显微结构的影响  53-58
    5.3.3 滞留时间对石墨化度的影响  58-59
  5.4 小结  59-60
第六章 工艺优化实验研究  60-67
  6.1 实验设计  60-61
  6.2 实验数据处理  61-63
  6.3 最优化工艺条件的检验  63-64
    6.3.1 密度与密度分布测试  63
    6.3.2 显微结构分析  63
    6.3.3 石墨化度测量  63-64
  6.4 实验结果及分析  64-66
    6.4.1 密度与密度分布  64-65
    6.4.2 热解炭显微结构分布  65
    6.4.3 石墨化度  65-66
  6.5 小结  66-67
第七章 结论  67-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
攻读硕士期间主要研究成果  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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