ICVI工艺参数对碳/碳复合材料快速均匀致密化的影响

摘要

为了研究碳/碳(C/C)复合材料的快速均匀致密化工艺,参考工业天然气的成分,以92％甲烷(CH4)、5％乙烷(C2H6)、3％丙烷(C3H6)组成的混合气作为前驱体,在沉积温度为1075°C时,采用等温化学气相渗透(ICVI)工艺,在不同系统压力和滞留时间下对16和26 mm两种厚度的碳纤维针刺预制体进行120 h致密化,制备C/C复合材料.对制备出的C/C复合材料进行轴向和径向切割取样,利用多功能密度测试仪研究压力和滞留时间对C/C复合材料致密化速度和均匀性的影响.结果 表明:沉积温度为1075°C,滞留时间为1.0s时,20 kPa下,经过120 h致密化后,16和26 mm厚度的C/C复合材料平均密度分别为1.45和1.43 g/cm3,较10 kPa压力下的平均密度(1.06和0.91 g/cm3)有明显提高,且厚度对C/C复合材料密度均匀性的影响减小.沉积温度为1075°C,压力为20 kPa时,将滞留时间降低到0.1s,经过120 h致密化后,16和26 mm厚度的C/C复合材料平均密度均达到1.7 g/cm3以上,厚度对前驱气体在预制体内渗透效果的限制作用非常小;并且,在此实验条件下制备出沿气流方向密度均匀性比较理想的C/C复合材料.基于热解碳沉积反应机理,利用COMSOL软件对不同ICVI条件下C/C复合材料进行了致密化过程的数值模拟分析,模拟结果与实验中获得的C/C复合材料的致密化效果具有较高的一致性.