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瀝青基CC復合材料的致密規律

技術應用 | 來源:本網 | 發布日期:2017-11-18 查看次數:852

核心提示:  c/c復合材料是一種高性能新型復合材料。它具有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、抗熱震等一系列優異性能12.其在2000°C的高溫環境下,強度不但不降低,反而有所提高,這是其它任何材料所無法相比時3

  c/c復合材料是一種高性能新型復合材料。它具有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、抗熱震等一系列優異性能12.其在2000°C的高溫環境下,強度不但不降低,反而有所提高,這是其它任何材料所無法相比時3.正是由于C/C復合材料的這些特殊性能,使其在航空、航天領域得到了越來越廣泛的應用,并且逐漸向民用、醫學等領域擴展。各發達國家都非常重視對這種材料的研究與開發。

  根據C/C復合材料致密化工藝所采用的基體前驅體的類型,C/C復合材料的制作工藝主要有兩種方法:CVI法和液相浸漬一碳化法。后者是以熱塑性浙青或熱固性樹脂為基體前驅體,這些原料在高溫下發生一系列復雜化學變化而轉化為基體碳。這種方法所用原料低廉、設備簡單、制作周期短,已成為C/C復合材料研究的一個熱點。在液相浸漬法中,由于浙青的碳化收率較高,且易得到石墨化結構的基體所以在這方面的研究更活躍。本文采用新型專利技術制備浙青基C/C復合材料,對其密度變化規律進行了試驗及理論研究,以期對致密工藝提供指導。

  1試驗條件1.1原材料的選擇增強體選用吉林碳素廠生產的1K高強PAN平紋碳布,經過剪切、迭層和縱向穿刺,再經適當表面處理,即可作為2-DC/C復合材料預制體。基體前軀體選用太原煤化所提供的調制中溫煤浙青作為基體前軀體原料,經DSC分析測得其軟化點為105.5°C. C/C復合材料的制備浙青基C/C復合材料總的制備過程如所示,其中常壓制備與高壓制備的,不同之處僅在于碳化工序的差異,常壓碳化時使用井式加熱爐,N2作保護氣體,高壓碳化時采用特殊裝置機械加壓,壓力分別為40MPa、80MPa和100MPa.表面處理是為了改善碳纖維與碳基體的界面結合狀況,以提高復合材料的力學性能。整個致密工藝過程中,工藝循環次數過少,材料達不到預期密度;但次數過多會增加制備成本,且致密效率逐漸降低。大量試驗表明,循環次數以4~5次比較合適。本試驗所選瀝青軟化點為105.5 C可知其密度為1.37g/cm3.根據本文試驗結果測得100MPa碳化壓力下浙青的碳化收率Cy為88%假設浸漬效果為最好,即n=1,則由和致密效率。其中致密效率是根據不同壓力下所制得最終制件實測密度值(此時n=4)由式(3)計算得出。然后再由致密效率和式(3)計算出制件在其它不同工序循環(分別為1、2、3)時的密度值(即理論計算值)。為直觀起見,計算值與實測值的比較示于由可以看出,理論計算值與實測值比較相近,說明式(3)或(4)可以用來對致密工藝進行預測,并能收到良好效果。

  擱壞次數/次循環次。數/次不同碳化壓力制備出的C/C復合材料密度變化實測值與計算值的比較3結論1瀝青基lC/6h復合,材料的制備過中遂于!定的預制體和復合材料制備制件密度只與循環。net次數有關,其規律可以用公式dcn=Vd/+(1―Vf)(1―(一n))dm表達。

  通過理論計算值與實測值的比較,說明該表達式可以用來對C/C復合材料制備工藝中制件密度變化進行預測,并且能夠為工藝的制訂提供理論依據。


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