电热法CVD制备C/C复合材料及其工艺研究

发布时间：2024-02-02 13:29

　　C/C复合材料具有强度高、密度低、高导热性、摩擦性能好,以及冲击性能好等优点。常用于制备导弹锥体、火箭喉衬、飞机刹车片等部件,近年来在机轮导轨、医用材料、发动机叶片和活塞等工业方面也逐渐扩大用量。本文采用电热化学气相沉积法(Electrothermal chemical vapor deposition, ECVD)制备C/C复合材料,以简化实验设备、缩短制备周期、降低制备成本。本文以碳毡为预制体,C2H2为碳源气体,N2为稀释气体,利用碳毡的导电性,对其直接充电,以碳毡自身产生的热量裂解碳源气体。在实验之前先对碳毡的阻温特性进行研究,发现碳毡的电阻率随温度升高其电阻下降,变化规律为σ=风(1-4.067×10-4t)。本文对ECVD制备C/C复合材料的工艺条件进行了深入研究,分析了工艺条件对增密C/C复合的影响。探讨了热解温度、碳源浓度等对碳源致密化速率的影响。发现预制体内部形成一定的温度梯度,致密过程中分为致密区、未沉积区、多孔区等三个区域；分析了热解温度、碳源浓度、滞留时间对复合材料的最终密度的影响,发现沉积30小时后,当C2H2：N2=1：20时得到最高密度为1.55g/cm3...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 C/C复合材料制备方法的研究现状
        1.2.1 液相浸渍法
        1.2.2 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)
        1.2.3 化学液气相渗透(CLVI)
    1.3 CVD热解炭的结构
    1.4 C/C复合材料致密化的影响因素
        1.4.1 气态种类的影响
        1.4.2 CVD温度对致密化的影响
        1.4.3 碳源浓度对致密化的影响
        1.4.4 气体滞留时间对致密化的影响
        1.4.5 预制体初始A_S/V_R对增密的影响
    1.5 研究思路及主要内容
第二章 C/C复合材料的制备和实验方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 碳毡
        2.1.2 实验气体
        2.1.3 其他材料
    2.2 实验设备
        2.2.1 电热法制备C/C复合材料试验装置
        2.2.2 电热法沉积炉
        2.2.3 主要实验仪器
    2.3 碳毡预处理和C/C复合材料制备工艺
        2.3.1 试验技术流程
        2.3.2 碳毡预处理
        2.3.3 电热法CVD制备C/C复合材料
    2.4 测试分析
        2.4.1 密度测量
        2.4.2 炭收率测量
        2.4.3 力学性能测试
        2.4.4 扫描电镜分析
        2.4.5 拉曼光谱分析
        2.4.6 X射线分析
        2.4.7 透射电镜分析
第三章 电热法CVD工艺对致密化的影响
    3.1 碳毡电热特性测试分析
    3.2 ECVD工艺条件对增密速率的影响
        3.2.1 沉积温度对预制体致密化速率的影响
        3.2.2 碳源浓度对致密化速率的影响
        3.2.3 气体滞留时间对致密化速率的影响
    3.3 ECVD工艺条件对增密结果的影响
        3.3.1 ECVD工艺增密结果分析
        3.3.2 碳源浓度对最终密度的影响
        3.3.3 沉积温度对C/C复合材料密度分布的影响
    3.4 C/C复合材料的炭收率测量
    3.5 本章小结
第四章 电热法CVD工艺对PyC生长方式和结构的影响
    4.1 电热法CVD热解炭的形成机理分析
        4.1.1 层状结构PyC的生长和形貌分析
        4.1.2 点状结构PyC生长和形貌分析
    4.2 电热法CVD工艺条件对PyC生长和结构影响
        4.2.1 碳源浓度对PyC结构的影响
        4.2.2 沉积温度对PyC结构的影响
    4.3 ECVD工艺沉积PyC机理
    4.4 本章小结
第五章 电热法CVD制备C/C复合材料的抗弯性能
    5.1 C/C复合材料抗弯测试结果
    5.2 C/C复合材料弯曲破坏机理
    5.3 本章小结
第六章 总结
    6.1 结论
    6.2 本课题今后需进一步研究的地方
参考文献
个人简历 在读期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3892738