复合材料的制备方法.ppt

热梯度法与均热流类似，其过程也受气体扩散所支配，但因炉压较高，铅坯体厚度方向可形成一定的温差，图4-48是这类沉积的一例。 此法沉积周期短，制品密度高，性能比均热法更好。存在的问题是重复性差，不能在同一时间内加工不同的坯体和多个坯体，坯体的形状也不能太复杂。 压差法是在沿坯体厚度方向造成一定的压力差，反应气体被强行通过多孔坯体，如图4-49所示。 此法沉积速度快，渗透时间较短，沉积的碳也较均匀，适用于外部透气性低的部件。由于易生成表面硬层，在沉积过程中需要中间加工。 抽真空过程中有利于气体反应产物的排除。由于它能增加渗透深度，故适宜制造不透气的石墨材料。 脉冲法是一种改进了的均热法，在沉积过程中利用脉冲阀交替的充气和抽真空，图4-50为此法的示意图。 化学气相沉积法工艺简单沉积过程中纤维不受损伤，制品的结构较均匀和完整，故致密性好，强度高。为了满足各种使用的需要，制品的密度和密度梯度也能够加以控制，所以此法近年来发展较快。 思考题：碳碳复合材料的特殊优点及应用领域 制备 4.1 复合材料的基本概念和性能 4.2 树脂基复合材料的制备方法 4.3 金属基复合材料的制备方法 4.4 陶瓷基复合材料的制备方法 4.5 碳/碳复合材料的制备方法 第四章 复合材料的制备 碳/碳复合材料是由碳纤维或各种碳织物增强碳，或石墨化的脂碳（沥青）以及化学气相沉积（CVD）碳所形成的复合材料，是具有特殊性能的新型工程材料。 4.5 碳/碳复合材料的制备方法 4.5.1 碳/碳复合材料的发展 1. 碳/碳复合材料 (C/C) 碳/碳复合材料由三种不同组分构成，即树脂碳、碳纤维和热解碳。由于它几乎完全是由元素碳组成，故能承受极高的温度和极大的加热速率。 通过碳纤维适当的取向增强，可得到力学性能优良的材料，在高温时这种性能保持不变甚至某些性能指标有所提高。 碳/碳复合材料抗热冲击和抗热导能力极强，且具有一定的化学惰性。 2. 碳/碳复合材料的发展 碳/碳复合材料的发展主要受宇航工业发展的影响。它具有高的烧灼热、低的烧蚀率，抗热冲击和超热环境下具有高强度等一些列优点，被认为是一种高性能的烧蚀材料。 碳/碳复合材料可以作为导弹的鼻锥，烧蚀率低且烧蚀均匀，从而提高导弹的突防能力和命中率。 碳/碳复合材料还具有优异的耐磨擦性能和高的热导率，使其在飞机刹车片和轴承等方面得到了应用；它也可以作为飞机的刹车盘。 C/C在航天领域中的应用 C/C作为刹车盘 碳与生物体之间的相容性极好，再加上碳/碳复合材料的优异力学性能，使之适宜制成生物构件插入到活的生物机体内作整形材料，如人造骨骼、心脏瓣膜等。 人工心脏瓣膜 人造骨骼关节 鉴于碳/碳复合材料具有系列优异性能，它们在宇宙飞船、人造卫星、航天飞机、导弹、原子能、航空以及一般工业部门中得到了日益广泛的应用。 今后，随着生产技术的革新，产量进一步扩大，廉价沥青基碳纤维的开发及复合工艺的改进，碳/碳复合材料将会有更大的发展。 碳/碳复合材料的成型加工方法很多，其各种工艺过程大致可归纳为下图几种方法： 4.5.2 碳/碳复合材料的成型加工方法 1. 胚体 在沉碳和浸渍树脂或沥青之前，增强碳纤维或其织物应预先成型为一种坯体。坯体可通过长纤维（或带）缠绕、碳毡、短纤维模压或喷射成型、石墨布叠层的方向石墨纤维针刺增强以及多向织物等方法制得。 碳纤维长丝或带缠绕方法，可根据不同的要求和用途选择适宜的缠绕方法。 碳毡可由人造丝毡碳化或聚丙烯腈预氧化、碳化后制得。碳毡叠层后，可以碳纤维在X、Y、Z的方向三向增强，制得三向增强毡，如下图所示。 喷射成型是把切断的碳纤维 (约为0.025mm) 配制成碳纤维-树脂-稀释剂的混合物，然后用喷枪将此混合物喷涂到芯模上使其成型。 用碳布或石墨纤维布叠层后进行针刺，可用空心细颈金属棒引纱。下图是AVCD公司编织的坯体。 在坯体的研制中，发展的重点是多向织物，如三向、四向、五向或七向等，目前是以三向织物为主。 碳纤维从X、Y、Z三个方向互成90o正交排列，三个方向的纱线并不交织，X和Y方向的纱线交替的叠层，Z方向的纱线起增强作用。因此XYZ方向的纱线并没有交织点，只有重合点，可充分发挥织物里每个纤维的力学性能。 三维织物研究的重点在细编织及其工艺、各向纤维的排列对材料的影响等方面。 三向织物的细编程度越高，碳/碳复合材料的性能越好，尤其是作为耐烧蚀材料更是如此。细编程度常用织物的正向间距大小来衡量。 正向间距越小，编织程度越高，线的烧蚀率越低。 在三向编织的基础上，对四向和七向编织物也进行了研究，四向织物是在相应于立方体的四个长对角线方向上进行编织，由于编织方向增多，改善了三向织物的非轴线方向的性能，使材料的各部分性能超于平衡，提高了强度（主要是剪切强度），降低了