工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响

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1、第40卷第3期2014年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．40．No．3Jun．2014工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响白龙腾，王毅，杨晓辉(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：以甲烷(CH4)为碳源先驱体，以三维针刺碳纤维预制体为沉积基体，研究了化学气相沉积(chemicalvapordeposition，CVD)工艺过程中沉积时间、沉积压力以及预制体厚度对热解碳界面层沉积厚度的影响，并在此基础上优化了在碳纤维表面制备合适厚度的热解碳界面层所需的CV

2、D工艺参数。结果表明，针对现有反应腔体，5mm厚碳纤维预制体试样，采用1000oC的沉积温度，CH。流速500ml／min，沉积时间10h，沉积压力5kPa，可在预制体内外碳纤维表面沉积得到厚度合适的热解碳界面层；当碳纤维预制体厚度增至10mm，则沉积时间应延长至15h，压力维持不变，可沉积得到合适厚度的界面层。关键词：工艺参数；热解碳；界面层中图分类号：V258+．3—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)03—0077—06Effectsofprocessparametersonthi

3、cknessofpyrolyticcarboninterfacelayerbyCVDBAILong—teng，WANGYi，YANGXiao—hui(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Bytakingmethane(CH4)ascarbonsourceprecursorgasand3Dneedle—punchedcarbonfiber-prefabricatedformasthedepositionmatrix，theef

4、fectsofthedepositiontime，pressureandprefabricatedformthicknessinchemicalvapordeposition(CVD)processonthethicknessofpyrolyticcarbon(PyC)interfacelayerwerestudied．Basedonthestudy,theCVDtechnologicalparametersneededbypreparingPyCinterfacelayerwithappropriateth

5、icknessonthesurfaceofcarbonfiberwereoptimized．Analysisontheseeffectsrevealsthat，basedontheexistingfurnace，withadepositiontemperatureof1000oCandCH4flowspeedof500ml／min，depositionperiod10handdepositionat5kPacanproducethePyCinterfacelayerwithsuitablethicknesso

6、ntheinnerandoutersurfaceofthefiber-prefabricatedformwith5mnlthickness．Ifthethicknessofcarbonfiber—prefabricatedformneedstobeincreasedto10ITIITI，thedepositionperiodshouldbeprolongedto15hwhilethepressurekeeps5kPa．Keywords：processparameter；pyrolyticcarbon；inte

7、rfacelayer收稿日期：2014—03—24；修回日期：2014—05—06作者简介：白龙腾(1984一)，男，工程师，研究领域为陶瓷基复合材料78火箭推进2014年6月0引言连续碳纤维增韧碳化硅基复合材料(carbonfiberreinforcementsiliconcarbideceramiccompo—site，C／SiC)，因其具有高强、高模、高韧、低密度、抗氧化及高温力学性能稳定等显著优点，被广泛应用于先进航空发动机热端部件、航天推进系统和航天热防护系统中卜31。同传统陶瓷相比，C／SiC最大

8、的优点在于具有较高的韧性，对裂纹不敏感，而C／SiC的韧性高低取决于纤维、基体和界面的性能以及纤维在基体中的分布情况。其中界面性能决定了纤维与基体结合的效果，并在很大程度上影响C／SiC的断裂形式。纤维的增韧作用在于由此而产生的纤维脱粘、桥联和拔出等能量耗损机制阳。热解碳层(pyrolysiscarbon，PyC)可以调整界面结合强度，通过脱粘、桥连和拔出等机制使裂纹偏转、消耗能量，提高材料的断裂功