碳布缝合预制体孔隙与热解碳沉积时
变相依的多尺度研究
房金铭’许正辉张中伟’李爱军？
汤哲鹏
（1航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076）
（2上海大学复合材料中心，上海200072）
文摘以甲烷为前驱体，碳布缝合织物为预制体，采用等温化学气相渗透（ICVI)工艺，在1368K温度和1s滞留时间下制备了C/C复合材料。采用压汞仪表征不同致密化时间下预制体的孔隙分布，采用偏光显微镜观察热解碳的结构。结果表明：预制体的孔隙分布呈现多峰分布，热解碳的沉积速率与[A/V门值成反比，热解碳的结构与预制体的比表面积相关，沉积初期比表面积较大时，得到的热解碳织构为各相同性和低织构热解碳，随着沉积的进行，比表面积逐渐减小，在纤维束的边沿等部位出现了高织构热解碳。
关键词碳布缝合预制体，等温化学气相渗透(ICVI)，孔隙变化，[A/V]，热解碳结构
中图分类号：TB3
D0I:10. 3969/j. issn. 10072330. 2015.05. 007
Multi-ScaleRelationshipofPoresinCarbonClothStitched
PreformandDepositionofPyrocarbon
FANGJinming
XU Zhenghui'
ZHANGZhongwei'LI Aijun?
(1National Key Laboratory of Advanced Functional Composites Materials, Aerospace Research Institute Materials & Processing, Beijing 100076)
TANG Zhepeng
(2. Research Center for Composite Materials, Shanghai University, Shanghai 200072 )
Abstract Isothermal chemical vapor infiltration( ICVI) was used to study carbon cloth stitched preform densifi-cation process,methane was the precursor, at the temperature of 1 368 K and residence time of 1 s. Carbon cloth stitched preform porosity distribution under different time was characterized by mercury porosimetry, and the pyrocar-bon structure was observed by PLM. It is found that the porosity presented multipeek shape,and pyrocarbon deposition rate and [A/V]value showed a inverse correlation throughout the whole study process. The texture of the pyrocarbon had a relationship with the specific surface area. Isotropic and low textured pyrocarbon was first got at the initial of in-filtration,then high textured pyrocarbon was discovered at larger size pores like the edge of the bundle.
Key words Carbon cloth stitched perfom,Chemical vapor infiltration(CVI) ,Porosity variation,[A/V],Pyrocarbon sructure
0引言
C/C复合材料是军工领域一种重要的复合材料，拥有高比模量、高比强度、耐热温度高、热胀系数小等特点[1-}]。C/C复合材料在民用领域最为广泛的应用是飞机刹车盘，此时所用的纤维预制体多为碳毡， Hattinger课题组(3-6]曾多次采用多孔陶瓷、毛细管、碳毡等对CVI致密化机理进行了深人而系统的研究，随着C/C复合材料的应用范围愈加广泛，碳毡已
收稿日期：20150523
不能完全满足需求，当把C/C复合材料作为结构件时，提高碳纤维的含量并尽可能用连续的长纤维能使材料具有更好的力学性能，但是高的纤维体积含量通常会增加致密化的难度，无论是采用浸渍碳化法还是化学气相渗透法，高的纤维体积含量都会出现内部致密化困难的现象。碳布缝合预制体不仅具有较高的纤维体积含量[]，形状保持率较高。但是这类预制体的孔隙结构较为复杂，白瑞成等*}曾研究过碳布
作者简介：房金铭，1988年出生，硕士，主要从事C/C复合材料的研究。E-mail；fangjusm@163.com
36 — 万方数据
宇航材料工艺
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2015年第5期