碳碳复合材料

1、综述了界面碳/碳复合材料的抗氧化性。碳/碳复合材料(C/C)和碳/碳(C/C)复合材料是由碳纤维及其(碳毡或碳纤维布)增强的碳基复合材料，只有一种成分元素，即碳元素。碳/碳具有许多优异的性能。特别是高温下的高强度和高模量，其强度随着温度的升高而增加，高断裂韧性、低蠕变等性能使碳/碳成为唯一可以在高达2800的高温下使用的高温复合材料。界面的结合强度由碳纤维的类型、基体的预固化和后续工艺的类型决定。复合材料的强度由基体断裂应变决定。当界面结合相对较弱时，一旦材料的载荷超过基体的断裂应变，基体裂纹将导致基体在界面处从纤维上剥离，而不是穿过纤维。此时，纤维可能继续承受载荷，从而呈现非脆性断裂模式，这

2、通常被称为假塑性断裂。综述碳/碳复合材料，碳/碳复合材料具有耐烧蚀、抗热震、高导热和低膨胀系数的独特性能。同时，它具有最好的生物相容性。碳/碳复合材料的另一个重要特性是其优异的摩擦和磨损性能。碳/碳复合材料中碳纤维的微观结构为无序石墨结构，其摩擦系数高于石墨，从而提高了复合材料的摩擦系数。2.碳/碳复合材料的制备技术：1.碳/碳复合材料预制件和基体碳2、碳/碳复合材料的制备技术；1.碳/碳复合材料预制件和基体碳；1- 1预制件是一个多孔系统，包含大量空隙。例如，在三维碳/碳复合材料中通常使用的具有2-2-3结构的预制件中的纤维含量仅为40%，也就是说，空隙占60%。碳/碳复合材料的预制件可分为

3、单向的、二维的、三维的，甚至多维的(图11-3)，其中大部分是通过编织制备的。当准备预型件，如桶、锥体或圆柱体时，有必要使用计算机控制来编织。1- 1预制件、图11- 3多维编织碳-碳复合材料预制件结构、1- 1预制件、碳纤维、碳纤维织物或碳毡用于碳/碳复合材料预制件是根据复合材料构件的使用要求确定的，同时应考虑预制件与基体碳之间的界面配合。例如，一些受力构件大多使用连续纤维；当编织三维预成型件时，通常需要选择适合编织、便于压实并且能够提供复合材料所需的物理和机械性能的连续纤维。典型的基体碳是热解碳和浸渍碳。前者是由烃类气体的气相沉积形成的。后者通过合成树脂或沥青的碳化和石墨化获得。化学气相沉

4、积碳：主要原料是碳氢化合物，如甲烷、丙烷、丙烯、乙炔和天然气。根据不同的沉积温度，在CH4(g) C (s) 2H2(g)沉积中可以得到不同形式的碳，即950 1100的热解碳：1750 2700为热解石墨。1)化学气相沉积的原理一般认为化学气相沉积经历以下过程：1)反应气体通过该层扩散到沉积基底的边界层；2)沉积衬底表面吸收反应气体，反应气体反应形成固体和气体产物；3)生成的气体产物沿边界层区域脱附扩散；4)排出产生的气体产物。化学气相沉积(化学气相沉积)是指将含有构成薄膜元件的气体反应物或液体反应物以及反应所需的其它气体的蒸汽引入反应室，并通过在衬底表面上的化学反应生成薄膜的过程。在超大规

5、模集成电路中，许多薄膜是用化学气相沉积法制备的。根据温度和压力因素的控制，可分为三种基本工艺方法：等温工艺、压力梯度工艺和温度梯度工艺(图11-6):图11-6碳-碳复合材料的化学气相沉积(CVI)工艺图，2) 1等温工艺，其中将预成型体置于均匀温度的化学气相沉积(CVI)炉中，引入烃气体， 控制炉温、气体流速和分压，以控制反应气体和孔隙中产生的气体。为了防止孔隙过早闭合，反应沉积速率应低于扩散速率。 沉积速率将非常慢。为了提高产品的密度，需要在沉积一段时间后对产品进行加工，去除封闭的外表面，然后进行沉积。有了这个循环，整个过程需要几十万个小时。等温工艺的优点是可以生产大规模的部件，同时可以将

6、几个预成型坯装入一个熔炉中进行沉积。2) 2压力梯度过程，其使用反应气体来抑制通过预成型件时的强制流动，并对流动的气体产生阻力以形成压力梯度。随着孔隙的不断填充，压力梯度反而会增大。由于在压力梯度工艺中碳的沉积速率与通过预成型件的压降成比例，因此通过使用该工艺增加了沉积速率。该工艺还存在表面结皮和内部孔隙闭合的问题，这需要多次加工。并且仅限于单件组件的生产。2) 3温度梯度过程，其利用并控制预成型件内部和外部的温度，并形成温差。由于内侧和外侧的扩散和沉积速率不同，内侧的温度高于外侧，从而避免了外侧表面的结皮。该工艺的沉积速率明显高于等温工艺，并且可以在大气压下操作，无需多次加工。碳/碳复合材料

7、的界面和结构碳/碳复合材料中不同纤维/基体和基体之间的界面取决于基体碳的类型。这些界面可分为：碳纤维与沉积碳的界面；沉积碳和树脂碳或沥青碳之间的界面；碳纤维与沥青碳或树脂碳之间的界面；沥青碳和树脂碳之间的界面。1.碳/碳复合材料的界面和结构当化学气相沉积碳用作基体碳和碳纤维之间的界面相时，纤维表面上的空隙和缺陷被填充，导致所谓的“钉扎”结构。碳纤维-化学气相沉积碳-碳界面结构示意图，2。化学气相沉积碳的微观结构化学气相沉积碳有三种不同的微观结构形式，即光滑层状结构、粗糙层状结构和各向同性化学气相沉积碳。2、化学气相沉积碳的微观结构，当形成沉积碳时，其微观结构取决于以下条件：(1)当沉积温度低，

8、甲烷分压高，并且C2H2与C6H6的比例小于5时，不引入氢气就可以容易地获得具有光滑层状结构的沉积碳；(2)当沉积温度适中，甲烷分压适中，引入少量氢气，C2H2与C6H6之比大于5且小于20时，可以容易地获得具有粗糙层状结构的沉积碳。(3)当沉积温度高，甲烷分压低，引入大量氢气，并且C2H2与C6H6的比率大于20时，容易获得各向同性的化学气相沉积碳结构。化学气相沉积碳的预期更好的微观结构是粗糙的层状结构。3。碳/碳复合材料中的裂纹和孔隙在碳/碳复合材料中占据相当大的体积。材料中的裂纹和气孔对复合材料的性能有影响，如明显降低强度和抗氧化性，但对材料的抗热震性和抗振动性有积极的贡献。孔隙率对强度的影响可以用以下