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C/C(炭/炭)复合材料是一种新型耐高温材料,具有优异的热性能和力学性能,在航空、航天、核能及许多领域备受关注,是目前世界上高技术领域重点研究和开发的一种新型材料。实验选用应用广泛且价格较低的PAN基炭纤维(T300,3K)和具有择优取向结构的中间相沥青为原材料,经过炭纤维的表面处理、低温-热模压及炭化工艺制得高择向C/C复合材料。
本文研究了炭纤维表面处理技术对炭纤维与基体炭中间相沥青的结合能力的影响和炭纤维在基体炭中的分散性,并探索了制备高择向C/C复合材料的最佳模压工艺,以及浸渍-炭化工艺对制品密度的影响。利用SEM、XPS、光学显微镜和热重分析仪等分析测试方法对炭纤维处理前后表面状况、预制体的微观形貌和界面进行分析和研究。
在炭纤维的表面处理实验中依次采用高温法去除炭纤维表面上浆剂、浓硝酸氧化炭纤维30min及15wt%的中问相沥青.洗油溶液对炭纤维表面进行涂层处理。研究结果表明:经过氧化处理的炭纤维表面氧化刻蚀适度,沟槽加深,表面结合了活性含氧官能团。炭纤维表面涂层处理技术使预制体的密度由0.95g/cm3提高至1.43g/cm3,由SEM图观察得出经过涂层处理的预制体致密、基本无孔洞和裂纹、并且增强了炭纤维与基体炭中间相沥青界面的结合性。在C/C复合材料的制备过程中得出最佳模压工艺参数:温度300℃,压力45MPa,炭纤维含量60%。在致密化过程中制品密度随工艺循环次数的增加而增加,对密度影响比较大的是前三次致密过程,经过四次充填后增重效果己不明显。增加充填次数对提高C/C复合材料密度、残炭率都是有限的,并且这种作用越来越小。