微波热解CVI工艺中碳源前驱体对碳/碳复合材料致密化的影响

摘要

将微波引入到CVI工艺中，发展了一种制备碳/碳复合材料的微波热解CVI工艺(MCVI)。本文以碳毡为预制体，N2为稀释气体，分压为10kPa，沉积温度为1100℃和1150℃的工艺条件下，研究了不同的气体前驱体(甲烷和丙烯)对MCVI工艺制备碳/碳复合材料的致密化速率和密度均匀性的影响，观察了材料的表面形貌和微观结构，分析了MCVI工艺的可行性。结果表明：在MCVI工艺中，非极性的甲烷更适用于MCVI工艺。rn C3H6为不饱和烃，属于极性介质，能被微波加热，从而导致C3H6在导入微波腔体内而未到达高温预制体表面就开始快速裂解，发生热解反应，生成大尺寸碳氢分子，最终产生碳黑，导致预制体表面出现结壳现象;而CH4作为非极性介质，不能被微波加热，可以保持线性小分子向预制体内快速扩散，预制体内部能获得充足的碳源前驱体，通过在被加热的预制体碳纤维表面热解并原位沉积，预制体从内到外逐步致密，解决了表面结壳现象，从而提高了致密化速率。采用该工艺，在30h内制备了密度达170g/cm3以上的碳/碳复合材料。