用定向流动热梯度cvi工艺制备航空刹车用cc复合材料的研究

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1、摘要化学气相渗透(CVl)是制备高性能C／C复合材料过程中(包括高性能航空刹车用C／C复合材料)实现材料增密的酋选办法。目前，得到大规模工业应用的只有均温式CVI工艺。均温式CVI工艺虽然具有不受预制件几何形状的影响和易于实现工业化生产的优点，但其增密周期太长(一般均在800小时以上)，导致增密效率低下和生产成本居高不下。因此，要提高航空刹车用C／C复合材料在制备技术和经济上的竞争力，必须研究开发出～种新型的可用于工业化规模生产的快速CVI增密工艺。本文紧扣这一目标，主要开展了以下几个方面的研究工作。(1)

2、首次采用径向热梯度一逆梯度定向流CVI(简称定向流动热梯度CVI)作为增密或主增密工艺制备出了高性能、低成本的航空刹车用C／C复合材料。，自行研制的定向流动热梯度CVI炉具有增密快、炭源气有效利用率高以及可应用于工业化规模生产的突出优点。(2)首次系统研究了工艺条件(如温度、压力、流量、温度梯度、载气等)对C／C复合材料致密化和热解炭(PyC)结构的影响，并得到了坯体致密化和获得粗糙层(RL)结构PyC的最佳工艺条件。此外，还对坯体的致密化机理和热解炭的形成机理进行了初步的探讨。(3)对气相滞留时间进行了精

3、确的定义。首次将影响坯体致密化和PyC结构的诸多因素(如温度、压力、流量、有效反应空间体积等)最终归结为温度和气相滞留时间的影响。这对实际生产具有重要的指导意义。(4)系统研究了Pyc结构和高温热处理对所割备的C／C复合材料石墨化度、微晶尺寸、硬度和导热系数的影响，探讨了它们之间的内在联系；明确指出了现行的用XRD均峰位法测C／C复合材料的石墨化度的局限性以及所测得的石墨化度值的真正含义。(5)系统研究了坯体预处理温度、材料终处理温度、坯体结构、PyC结构以及浸渍炭化补充增密对C／C复合材料力学性能的影响，

4、找出了影响C／C复合材料力学性能的主导因素，为航空刹车用C／C复合材料力学性能的设计提供了重要依据。(6)用惯性测功仪系统研究了材料密度、终处理温度、坯体结构、刹车压力、制动能量等对粗糙层结构CtC复合材料与光滑层结构C／C复合材料的磨擦磨损性能的影响，并且建立了CVIC／C复台材料的摩擦磨损机制。首次明确提出成膜性的差异是造成两种不同PyC结构(RL结构与sL结构)C／C复合材料摩擦磨损性能差异的根本原因，而成膜性的差异又与PyC的微观结构和机械性质紧密相关。此外，作者以大量的实验结果为依据，首次提出粘着

5、磨损是具有优异的抗磨损性能的C／C复合材料的主导磨损形式，而其它磨损形式尤其是磨料磨损则受到充分抑制。(7)提出了在本]：艺条件下制备高性能、低成本航空刹车用CIC复合材料的最佳制备]．艺路径与工艺条件。关键词c／c复合材料，定向流动热梯度cvI，气相滞留时间，石墨化度，导热系数，力学性能，磨擦磨损性能ABSTRACTChemicalvaporinfiltration(cvI、isthefirstcandidateforfabricatingcarbon／carbon(C／C)compositesuseda

6、saircraftdiskbrakeswherehighperformanceisneeded．AmongthevariousldndsofCVltechniques．isothermalCVIremainsthemostprevalentprocessformassproduction．Thoughithastheadvantageofdensifyingalargenumberofcomplexprefonnssimultaneously，itsmaindrawbackistheverylongproc

7、essingtime(usuallylongerthan800hr)，whichleadstoverylowdensificationefficiencyandveryhighproductioncost．Therefore，itisesseutial幻developarapidCVIprocesswhichcanbeused的scaleupjnproductiontomakeitcompetitiveintechnologyandeconomy．Thepresentresearchworkaimstosa

8、tisfytheforegoingneed，andthemaincontributionofthisdissertationisasfollows：(1)ByemployingdirectionalflowthermalgradientCVIasdensificationorprimarydensificafiontectmique，CICcompositesusedasaircraftdiskbrakeswit