真空压力浸渍制备碳/碳复合材料预制体

摘要

碳/碳复合材料因为具备密度小，比强度高，高温力学性能好，热膨胀系数低等优点，是一种非常重要的新型超高温材料，被广泛地应用在高温领域中。但是由于其成本较高的原因，设计伊始主要应用在那些不计成本的军工领域中，目前随着制备技术的进一步成熟，其应用范围已经逐渐地扩展到民用领域中。但碳/碳复合材料的制备成本依旧是限制其普遍应用的最基本因素。碳/碳复合材料的制备方法可以大致归为两类:即CVD和液相浸渍。本文主要致力于研究的是液相浸渍法，决定液相浸渍法制备成本的最主要因素就是浸渍液的浸渍效率。
　　本文的主要目的是，通过采用合适的碳纤维毡体，以及粘度适中的液态热固型酚醛树脂，结合真空压力浸渍保压固化的两种不同工艺，来综合分析真空度、浸渍压力、固化升温速率以及固化环境等对一次固化和碳化的增密影响。并结合两种工艺的优点，总结出一套最有利于一次固化碳化增密的工艺及参数，提高浸渍效率，从而降低成本。得出的主要结论如下:
　　1)在样品固化的过程中高压气体直接作用在样品表面的增密效果要比间接作用在树脂液面上的增密效果要好。而且在浸渍结束后将浸罐中多余的树脂排干可以提高树脂的利用率。
　　2)尽管高压浸渍与低压浸渍的浸渍机理不同，但是总体呈现的规律为，在样品的制备过程中样品固化密度越高，相应的碳化密度也就会越来越高。并且对于树脂分离保压固化工艺而言，随着样品固化压力的增大，样品的密度还呈现明显的上升趋势。
　　3)在样品的浸渍过程中不宜马上施加高压，应该采取逐渐升压的方法，将压力浸渍过程从低压到高压分为几个阶段，分别给予足够的保压时间，然后再将树脂完全排干，保压固化。这样会使更多的树脂进入毡体，并且结合在固化过程中施加适当的高压，将更有利于样品的一次固化碳化增密。
　　4)随着固化升温速率的降低，样品的固化和碳化密度均有明显的提升，其中树脂分离保压固化法制备的样品固化密度达到了最高的1.26g/cm3，相应的碳化密度为0.91 g/cm3。因此，综合考虑生产周期以及成本等因素，适当的降低固化反应的升温速率也是提高一次固化碳化增密的重要选择。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 复合材料

1．2 碳纤维增强复合材料

1．2．1 碳纤维

1．2．2 碳纤维增强复合材料的分类

1．3 碳／碳复合材料

1．3．1 碳／碳复合材料的特点

1．3．2 碳／碳复合材料的应用领域

1．4 碳／碳复合材料的制备方法

1．4．1 碳纤维增强体的制备

1．4．2 碳／碳复合材料的致密化

1．4．3 碳／碳复合材料的高温处理

1．4．4 碳／碳复合材料的抗氧化处理

1．5 本论文研究目的和主要内容

2 实验方法与设备

2．1 实验原料的选择

2．1．1 基体先驱体的选择

2．1．2 碳纤维增强体的选择

2．2 实验设备

2．3 固化样品的制备

2．2．1 增强毡体的预处理

2．2．2 固化样品的制备

2．2．3 取样及后续处理

2．4 固化样品的碳化处理

2．5 测试与表征方法

2．5．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．5．2 热重分析

2．5．3 X射线衍射分析

3 树脂浸没保压固化法制备碳／碳复合材料预制体及密度与微观结构的分析

3．1 树脂浸没保压固化法制备碳／碳复合材料预制体

3．2 真空度对样品固化及碳化密度的影响

3．3 浸渍压力对样品固化及碳化密度的影晌

3．4 升温速率对样品固化及碳化密度的影响

3．5 样品规格大小及相同规格不同切样状态对固化密度

3．6 小结

4 树脂分离保压固化法制备碳／碳复合材料预制体及其密度与微观结构的分析

4．1 树脂分离保压固化法制备碳／碳复合材料预制体

4．2 真空度对样品固化及碳化密度的影响

4．3 浸渍压力对样品固化及碳化密度的影响

4．4 升温速率对样品固化及碳化密度的影响

4．5 碳化样品开孔孔隙率分析

4．6 纯固化树脂在碳化过程中的失重曲线

4．7 真空压力浸渍保压固化与常压浸渍固化对比

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢