文档介绍：碳碳复合材料的制备方法详解演示文稿
第一页，共三十四页。
（优选）碳碳复合材料的制备方法
第二页，共三十四页。
碳/碳复合材料是由碳纤维或各种碳织物增强碳，或石墨化的脂碳（沥青）以及化学气相沉积（CVD）碳所形成的复纤维）上形成高强度热解石墨。也可以把气相化学沉积法和上述两种工艺结合起来以提高碳/碳复合材料的物料性能。
第十七页，共三十四页。
（4）把由上述方法制备的但仍然是多孔状的碳/碳复合材料在能够形成耐热结构的液态单体中浸渍，是又一种精制方法，可选用的这类单体很有限，但是由四乙烯基硅酸盐和强无机酸盐催化剂组成的渗透液将会产生具有良好耐热性的硅-氧网路。硅树脂也可以起到同样的作用。
第十八页，共三十四页。
碳/碳复合材料的制备工艺
1. 沥青基混合物
用煤焦油沥青浸渍碳/石墨纤维可得碳/碳复合材料。目前已设计了一种高压浸渍碳化工艺（简称HPIC）来提高碳/碳复合材料的致密程度。
工艺要点是：在热压罐中以大约100MPa压力下浸渍复合材料，工艺周期如下图所示：
第十九页，共三十四页。
第二十页，共三十四页。
火箭头锥顶端的标准石墨化工艺在氢气中进行，时间和温度规范如下：
以300ºC/h 的升温速率从室温升到600ºC
以20ºC/h 的升温速率从600ºC升到1000ºC
以70ºC/h 的升温速率从1000ºC升到2500ºC
以100ºC/h 的升温速率从2500ºC升到2700ºC + （0~25ºC）
在2700ºC + （0~25ºC）下浸渍30min
冷却并卸压
第二十一页，共三十四页。
2. 树脂基体
在碳/石墨纤维结构中浸渍热解后的树脂基体，碳/石墨纤维增强树脂在随后的再浸渍和再热解中会流下越来越多的焦化沉淀物。这样石墨纤维周围会出现一层碳素物质，从而形成碳/碳复合材料。
第二十二页，共三十四页。
采用合成树脂制备碳/碳复合材料的原因：
在工艺低温度和低压力下具有低粘度这点上，合成树脂比石油或煤焦油沥青强
合成树脂的纯度比天然产物高，化学结构更容易鉴定，沥青的成分常随产地和提炼方法而异。
比较容易得到含碳量高的树脂体系，并可能转化为耐高温的碳素产物。
第二十三页，共三十四页。
3. 化学气相沉积（CVD）
CVD可以用来代替碳/石墨纤维浸渍沥青或合成树脂基体的工艺过程，也可以在碳/石墨纤维浸渍基体之外再用CVD处理。
第二十四页，共三十四页。
将甲烷之类的烃类气体混合氢、氩之类的载气于1000~1100ºC进行热分解，在坯体的空隙中沉碳（如图所示）。
沉积过程如下：
第二十五页，共三十四页。
在沉碳之前，含碳气体中先生成一些活性基团，然后与胚体纤维的表面接触进行沉碳。
为了得到致密的碳/碳复合材料，在沉积过程中必须让这些活性集团扩散到坯体的空隙内部，如果含碳量气体在通过坯体之前生成的活性基团的速度太快，则容易形成表面涂层，这对进一步渗透到内部不利，有碍于内部沉碳。
第二十六页，共三十四页。
热解碳（简称PC）和“CVD碳”是在1100ºC左右碳源蒸气经热解而沉积在基质材料上的碳质的总称。
“热解石墨” （简称PG）由碳氢化合物气体在1750~2250ºC沉积的碳，PG的电性能、热性能和力学性能是各向异性的，随测方向而变化。
CVD技术的通用性是显而易见的，这反映在多种多样的产物上面，例如，除了热解石墨以外，还有钛、硅和硼的碳化物。硅和钛的硼化物，都能利用CVD技术来大幅度地提高碳/碳复合材料的物理性能。
第二十七页，共三十四页。
根据实际操作情况，目前化学气相沉积基体碳主要采用四种方法，即均热法、热梯度法、压差法和脉冲法：
均热法是将坯体放在恒温的空间里（950~1150ºC），在适当低的压力(~20KPa）下让烃类气体在坯体表面流过，其部分含碳气体扩散到坯体孔隙内产生热解碳，沉碳速率（~26cm/h）取决于气体的扩散速率。
第二十八页，共三十四页。
此法渗透时间长，每一周需50~120h，由于靠近坯体表面的孔优先被填充，生成硬壳，故在渗透过程中要进行机械加工将其硬壳层除去，然后再继续沉碳。图4-47表示材料的密度和结构与沉积温度和压力之间有一定的关系。
第二十九页，共三十四页。
温度、压力、气流和炉子的几何形状都会影响热解碳和热解石墨的沉积速率。此外，还要采用适当的工艺措施以避免造成乌黑多灰的各向同性碳，因为这种碳不易石墨化。
第三十页，共三十四页。
热梯度法与均热流类似，其过程也受气体扩散所支配，但因炉压较高，铅坯体厚度方向可形成一定的温差，图4-48是这类沉积的一例。
此法沉积周期短，制品密度高，性能比均热法更好。存在的问题是重复性差，不能在同一时间内加工不同的坯体和多个坯体，坯体