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碳纤维具有高拉伸强度、耐高温、抗腐蚀、高电导和热导等优良性能,是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料的组元。Cf/C复合材料是以碳纤维为增强体,以碳作为基体的复合材料,具有密度低、高比强度、耐磨、耐烧蚀等特点。20世纪80年代以来,Cf/C复合材料在性能提高、快速致密化及抗氧化等研究领域都取得了很大的进展,至今已广泛应用于航天航空、化工、医用等领域。
利用自加热式液相沉积(Self-heatingChemicalLiquidDeposition)专利技术,快速制备出密度达1.7g/cm3以上的Cf/C复合材料,分别采用浓硝酸、电化学对碳纤维表面进行改性;利用SEM分析和三点弯曲强度测试,对比了两种改性方法对Cf/C复合材料组织及性能的影响,获得了试验条件中较理想的碳纤维“温和”处理工艺条件:电化学,1.2V,5分钟。
利用二次沉积法,在Cf/C复合材料外层沉积含C和SiC的复合层,通过正交实验设计对二次沉积工艺参数进行优化,根据材料的各项性能指标,确定了优化参数:硅油作为二次沉积原料中的硅源,其质量百分含量为20%,控制器单位电压升起时间为60分钟。
利用XRD、SEM及EDS等分析手段研究了Cf/C-SiC复合材料物相形态及分布,结果表明:SiC相分布于材料的表层,内部为典型的Cf/C复合材料结;表层结构中,热解碳首先环绕碳纤维沉积,碳纤维之间依靠热解碳连接,SiC则以碳为着点,沉积于较大的孔隙中。
利用热失重法、DSC分析及氧化动力学理论,研究了Cf/C-SiC复合材料在空气中的氧化行为。结果表明,SiC显著地占据了Cf/C复合材料表层的反应活化点,有效地阻碍了氧的扩散氧化作用,使Cf/C复合材料的氧化起始温度达到684.0℃。
探讨了自加热式液相沉积(SHCLD)机理,研究得出:预制体浸泡在前躯体中,存在的连续浓度梯度及加热预制体由内向外的温度梯度,是快速致密化的关键,同时,沉积过程是一个扩散和化学动力控制机制相互转变的过程,最后模拟了沉积界面图。