炭炭复合材料的液相浸渍炭化技术.doc

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1、炭炭复合材料的液相浸渍•炭化技术摘要：炭/炭（C/C）复合材料，即炭纤维增强炭基体复合材料（Carbonfiberreinforcedcarboncomposites）,1^淇优异的综合性能而在现代交通、航天工程、现代国防建设等领域有广泛的应用。炭炭复合材料的制备包括炭纤维预制体制备、材料的增密、材料致密化、高温热处理等。其屮液相浸渍•炭化是预制体増密的一种方法，是炭炭复合材料致密化的重要途径。液相浸渍•炭化的基本途径包括树脂浸溃一炭化和沥青浸溃一炭化。本文将对液相浸渍•炭化技术及两种途径作简要介绍。关键词：

2、炭炭复合材料；预制体増密；液相浸渍■炭化1>炭炭复合材料概述炭/炭（C/C）复合材料，即炭纤维增强炭基体复合材料（Carbonfiberreinforcedcarboncomposites）,其整个体系由碳丿L；素构成，在显微结构上是一，种多相菲均质混合物。由于炭炭复合材料具有质轻、高导热、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗强辐射、耐等离子体冲刷等优异综合性能，其在现代交通、刹车制动、军用民用飞机、大型制造业、国家大型核能工程、航天工程、现代国防建设、牛物医疗器械、土木建筑领域、环境工学在一系列领域有极其的广泛应用。

3、炭炭复合材料的制备主要包括炭纤维预制体制备、材料的增密、材料致密化、高温热处理等。预制体包括短纤维模压预制体、长纤维织物叠层预制体、多维编织或穿刺预制体和Novoltex细编织物预制体。材料増密主要有化学气相渗透（CVI）和浸溃树脂/沥青炭化增密两种方法。炭炭复合材料的基本制备工艺流程如下图所示。2.炭炭复合材料的液相浸渍•炭化2.1液相浸渍•炭化简介液和浸渍•炭化是对炭纤维预制体进行増密的一种方法，是炭炭复合材料致密化的重要途径。在实际应用屮通常与化学气彖沉积法共同使用，以达到对炭炭复合材料的致密化。其屮，

4、浸渍是指在一定温度和压力下，使液态有机浸渍剂渗透到待浸工件的孔隙屮的过程，而炭化是指在惰性气体保护下，通过热处理使有机浸渍剂（碳氢化合物）脱氢而牛成炭的过程。液相浸渍•炭化的基本途径有树脂浸渍一炭化和沥青浸渍一炭化两种，其工艺制备简图如下:树脂―（加压）固化f炭化1沥讶待浸样鬲-预热f抽真空f（加压）浸渍轲腊或沥青一预热一J—连续珑化（同…设备）一卜机加工沥wt—冷却后取岀一另行炭化」2.2浸渍剂的选择浸渍剂的选择，不仅影响浸渍增密的效果，而且影响浸渍•炭化后产品的性能。浸渍剂必须具有残炭率高、流变性好等特点

5、。常用的浸渍剂有糠醇树脂、酚醛树脂和糠酮树脂等热固性树脂，以及热須性的石油沥青、煤沥青等作为浸渍剂，除了考虑到粘度低、粘度小、残炭率高等因素外，还必须考虑其与炭纤维的物理相容性、浸渍剂炭的微观结构以及工艺的可操作性，特别是热处理温度等工艺参数对浸渍剂炭特性的影响。在相同的热处理温度下，沥青炭和树脂炭的特性差异较大。33液相浸渍•炭化主要方法简介3.3.1树脂浸渍一炭化I、树脂浸渍剂的特点部分树脂浸渍剂粘度大、难渗透纤维束，部分树脂粘度较低；材料在炭化后收缩率大，热应力大，开孔率不高，因此不利于再浸渍；经树枝炭

6、化后材料残炭率不高，且残炭率不随炭化压力升高而增加；树脂炭主要是玻璃炭，难于石墨化,其强度大、硬度大，耐酸能力强；树脂炭密度低，仅为2.5〜1.6g/cm3,血CVI炭及沥青炭密度可达2.0g/cm3以上。II、咲喃树脂浸渍剂的性能及其炭化特性咲喃树脂耐热性优良，在氮气气氛屮经1000°C炭化处理，残碳率分别为56%的聚糠醇和58%的聚糠酮，咲喃树脂虽然碳的理论含量较低，但由于咲喃环结构较稳定，炭化后残炭率较高，因此是较为理想的浸渍剂。咲喃树脂的粘度随温度变化较大，高于80°C时，咲喃树脂开始交联固化。一般选

7、60°C〜70°C作为浸溃温度。在室温到1000C反应范围内，咲喃树脂浸渍主要有固化和炭化两个反应阶段。其屮固化反应比较剧烈，反应速度很快，反应时间很短。固化反应起始温度为111.27°C,终止温度为199.81。在200°C以上随着热解温度的升高，炭化反应缓慢而平稳地进行，CO2>CO、H20、CH4和出不断被释放出来。反应到850°C时，炭化基本结束，残碳率为51.8%。咲喃树脂在高温阶段以热缩聚反应为主，随着甲基的断裂，咲喃环打开，作为副产品牛成甲烷，以及一氧化碳和二氧化碳,同时剩余的氧原子以水的形式大

8、量释放出来。炭化后期，咲喃分子经过重排又转变成了一个具有双键结构的六元芳香环结构，同时发牛脱氢反应，向石墨微晶结构转变。咲喃树脂的炭化（热解）过程如下图所示，热解过程屮，咲喃树脂的线性收缩率为20%〜40%,最终树脂炭的密度为1.55g/cm3左右。<450玄0120TCO［二二二二二.CO]9■门275V.460尤1.--300400500600£III、树脂浸渍一炭化增密工艺炭炭复合材料的树脂浸