以天然氣為碳源的CVI法制備C/C復(fù)合材料的研究

【摘要】：CVI熱解炭的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)C/C復(fù)合材料的性能有顯著的影響,如何調(diào)控CVI工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)C/C復(fù)合材料的快速致密化同時(shí)得到所需結(jié)構(gòu)的熱解炭一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題之一。目前, C/C復(fù)合材料生產(chǎn)常用的碳源為丙烯,但是其氣體利用率較低,價(jià)格昂貴,生產(chǎn)成本高,一定程度上阻礙了C/C復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用。因此,要提高C/C復(fù)合材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,必須發(fā)展新碳源降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。基于這一目標(biāo),本文以天然氣為碳源,采用等溫CVI工藝制備C/C復(fù)合材料,分別研究了沉積溫度、沉積壓力與氣體滯留時(shí)間對(duì)等溫CVI制備C/C復(fù)合材料致密化和顯微結(jié)構(gòu)的影響,得到的主要結(jié)論如下： (1)沉積溫度是CVI致密化工藝的重要工藝參數(shù),在沉積壓力為10KPa時(shí),當(dāng)沉積溫度由1000℃升高到1100℃,沉積100h后,試樣的密度增加到1.38g/cm3,繼續(xù)提高沉積溫度到1150℃,密度降低為1.32g/cm3。沉積溫度為1100℃時(shí),試樣內(nèi)部為RL結(jié)構(gòu)。 (2)在沉積溫度為1100℃時(shí),隨著沉積壓力從1KPa提高到15KPa,沉積100h后,試樣的密度從1.08g/cm3增加到1.58g/cm3,提高壓力對(duì)致密化是有利的。沉積壓力為15KPa時(shí),試樣內(nèi)熱解炭為RL與SL組成的Banded結(jié)構(gòu),壓力為10KPa和12KPa時(shí),得到RL結(jié)構(gòu)。 (3)在沉積溫度為1100℃,沉積壓力為10KPa的工藝條件下,當(dāng)滯留時(shí)間從0.13s增加到0.32s時(shí),試樣密度由1.20g/cm3增加到1.46g/cm3,繼續(xù)增加滯留時(shí)間到0.40s時(shí),密度降低為1.05g/cm3。滯留時(shí)間為0.22s和0.32s時(shí),得到RL結(jié)構(gòu)。 (4)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理及分析,得知沉積壓力是決定C/C復(fù)合材料密度的最重要因素,而滯留時(shí)間是決定熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的最重要因素,得到本實(shí)驗(yàn)條件下的最優(yōu)化工藝條件。本研究條件下,最優(yōu)的工藝參數(shù)是沉積溫度1100℃、沉積壓力12KPa和滯留時(shí)間0.32s。 【關(guān)鍵詞】：C/C復(fù)合材料 化學(xué)氣相滲透 熱解炭
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-23
• 1.1 C/C復(fù)合材料的制備8-14
• 1.1.1 炭纖維預(yù)制體8-10
• 1.1.2 預(yù)制體致密化10-14
• 1.2 化學(xué)氣相沉積C/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)14-21
• 1.2.1 C/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)14-18
• 1.2.2 C/C復(fù)合材料制備工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的影響18-21
• 1.3 研究背景21-22
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第二章 材料制備與實(shí)驗(yàn)方法23-29
• 2.1 C/C復(fù)合材料的制備23-26
• 2.1.1 天然氣23
• 2.1.2 預(yù)制體23-24
• 2.1.3 CVI增密24-25
• 2.1.4 石墨化處理25-26
• 2.2 材料的顯微結(jié)構(gòu)金相觀察與分析26-28
• 2.2.1 金相試樣的制備26
• 2.2.2 熱解炭顯微結(jié)構(gòu)觀察26
• 2.2.3 熱解炭厚度測(cè)量26-27
• 2.2.4 消光角的測(cè)量27-28
• 2.3 C/C復(fù)合材料的石墨化度測(cè)定28-29
• 第三章 沉積溫度對(duì)密度和結(jié)構(gòu)的影響29-39
• 3.1 試樣制備29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析29-38
• 3.2.1 沉積溫度對(duì)試樣增密的影響29-30
• 3.2.2 沉積溫度對(duì)熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的影響30-36
• 3.2.3 沉積溫度對(duì)石墨化度的影響36-38
• 3.3 小結(jié)38-39
• 第四章 沉積壓力對(duì)密度和結(jié)構(gòu)的影響39-50
• 4.1 試樣制備39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析39-49
• 4.2.1 沉積壓力對(duì)試樣增密的影響39-42
• 4.2.2 沉積壓力對(duì)熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的影響42-48
• 4.2.3 沉積壓力對(duì)石墨化度的影響48-49
• 4.3 小結(jié)49-50
• 第五章 滯留時(shí)間對(duì)密度和結(jié)構(gòu)的影響50-60
• 5.1 滯留時(shí)間定義50-52
• 5.2 試樣制備52
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析52-59
• 5.3.1 滯留時(shí)間對(duì)試樣增密的影響52-53
• 5.3.2 滯留時(shí)間對(duì)對(duì)熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的影響53-58
• 5.3.3 滯留時(shí)間對(duì)石墨化度的影響58-59
• 5.4 小結(jié)59-60
• 第六章 工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究60-67
• 6.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)60-61
• 6.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理61-63
• 6.3 最優(yōu)化工藝條件的檢驗(yàn)63-64
• 6.3.1 密度與密度分布測(cè)試63
• 6.3.2 顯微結(jié)構(gòu)分析63
• 6.3.3 石墨化度測(cè)量63-64
• 6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析64-66
• 6.4.1 密度與密度分布64-65
• 6.4.2 熱解炭顯微結(jié)構(gòu)分布65
• 6.4.3 石墨化度65-66
• 6.5 小結(jié)66-67
• 第七章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士期間主要研究成果75

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