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沥青基CC复合材料的致密规律

时间:2017-11-18 10:19:54   来源:本网   添加人:admin

  c/c复合材料是一种高性能新型复合材料。它具有高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、抗热震等一系列优异性能12.其在2000°C的高温环境下,强度不但不降低,反而有所提高,这是其它任何材料所无法相比时3.正是由于C/C复合材料的这些特殊性能,使其在航空、航天领域得到了越来越广泛的应用,并且逐渐向民用、医学等领域扩展。各发达国家都非常重视对这种材料的研究与开发。

  根据C/C复合材料致密化工艺所采用的基体前驱体的类型,C/C复合材料的制作工艺主要有两种方法:CVI法和液相浸渍一碳化法。后者是以热塑性浙青或热固性树脂为基体前驱体,这些原料在高温下发生一系列复杂化学变化而转化为基体碳。这种方法所用原料低廉、设备简单、制作周期短,已成为C/C复合材料研究的一个热点。在液相浸渍法中,由于浙青的碳化收率较高,且易得到石墨化结构的基体所以在这方面的研究更活跃。本文采用新型专利技术制备浙青基C/C复合材料,对其密度变化规律进行了试验及理论研究,以期对致密工艺提供指导。

  1试验条件1.1原材料的选择增强体选用吉林碳素厂生产的1K高强PAN平纹碳布,经过剪切、迭层和纵向穿刺,再经适当表面处理,即可作为2-DC/C复合材料预制体。基体前躯体选用太原煤化所提供的调制中温煤浙青作为基体前躯体原料,经DSC分析测得其软化点为105.5°C. C/C复合材料的制备浙青基C/C复合材料总的制备过程如所示,其中常压制备与高压制备的,不同之处仅在于碳化工序的差异,常压碳化时使用井式加热炉,N2作保护气体,高压碳化时采用特殊装置机械加压,压力分别为40MPa、80MPa和100MPa.表面处理是为了改善碳纤维与碳基体的界面结合状况,以提高复合材料的力学性能。整个致密工艺过程中,工艺循环次数过少,材料达不到预期密度;但次数过多会增加制备成本,且致密效率逐渐降低。大量试验表明,循环次数以4~5次比较合适。本试验所选沥青软化点为105.5 C可知其密度为1.37g/cm3.根据本文试验结果测得100MPa碳化压力下浙青的碳化收率Cy为88%假设浸渍效果为最好,即n=1,则由和致密效率。其中致密效率是根据不同压力下所制得最终制件实测密度值(此时n=4)由式(3)计算得出。然后再由致密效率和式(3)计算出制件在其它不同工序循环(分别为1、2、3)时的密度值(即理论计算值)。为直观起见,计算值与实测值的比较示于由可以看出,理论计算值与实测值比较相近,说明式(3)或(4)可以用来对致密工艺进行预测,并能收到良好效果。

  搁坏次数/次循环次。数/次不同碳化压力制备出的C/C复合材料密度变化实测值与计算值的比较3结论1沥青基lC/6h复合,材料的制备过中遂于!定的预制体和复合材料制备制件密度只与循环。net次数有关,其规律可以用公式dcn=Vd/+(1―Vf)(1―(一n))dm表达。

  通过理论计算值与实测值的比较,说明该表达式可以用来对C/C复合材料制备工艺中制件密度变化进行预测,并且能够为工艺的制订提供理论依据。