和永岗李克智李贺军郭领军周宝平
材料研究学报
在沉积温度为1080--1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下, 以天然气为碳源, 以氮气为载气, 使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm$^{3}$(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化, 在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm3的C/C复合材料. 用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构, 分析了三点弯曲试样的断口形貌. 结果表明: 制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构, 试样的弯曲强度为164.77 MPa、模量为21.34 GPa, 表现为阶梯式失效, 断裂行为呈现出明显的假塑性.
关键词:
复合材料
,
C/C composites
,
chemical vapor infiltration
,
densification
,
texture
解玉鹏
,
成来飞
,
张立同
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.06.04
提出了采用流延法(Tape Casting,TC)结合化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration,CVI)制备SiCw/SiC层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,阐述了SiCw/SiC层状结构陶瓷的强韧化机理及其应用.结果表明:TC-CVI制备方法通过提高晶须体积分数和减少对晶须的损伤来提高材料的强度;通过控制层内和层间界面结合强度来提高材料的韧性.与传统热压烧结工艺制备的层状结构陶瓷相比,TC-CVI制备的SiCw/SiC层状结构陶瓷中晶须含量可达40％(体积分数),其主要增韧机制为层间和层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等.该材料具有较高的弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性,表现出良好的线性变形行为.TC-CVI工艺为制备航空发动机叶片提供了一种可行方法.
关键词:
化学气相渗透
,
流延法
,
SiC
,
SiCw/SiC层状结构陶瓷
,
强韧性
谢志勇
,
黄启忠
,
张明瑜
,
苏哲安
,
陈建勋
,
谭瑞轩
,
李建清
材料导报
化学气相渗透(CVI)制备炭/炭复合材料涉及气体扩散和气相沉积2个过程,其工艺控制决定炭纤维坯体的增密速度、热解炭的结构和炭/炭材料的性能.工艺过程的控制主要有4类参数:第一参数包括沉积温度、系统压力、碳源浓度、碳源分压等,第二参数包括均相反应、异相反应和滞留时间等,第三参数为A_s/V_R,也就是沉积基体的表面面积与炉内气体的自由体积之比,以及目前以计算机模拟为主要手段的"第四参数"的研究.在固体表面沉积热解炭的科学研究已经持续了几十年,但至今为止还没有形成一种完善的表面沉积机理,分析了CVI工艺参数发展的趋势,说明了对热解炭微观结构形成机理的认识是一个不断深入的过程.
关键词:
化学气相渗透
,
热解炭
,
微观结构
,
工艺参数
李秀倩
,
焦健
,
邱海鹏
,
王宇
,
陈明伟
,
谢巍杰
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.3.011
以炭毡作为纤维增强体,采用化学气相渗透工艺研制出低密度的C/C复合材料,进而以低密度炭/炭复合材料为预制体,采用聚碳硅烷和有机锆前驱体作为复相陶瓷前驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺成功制备出ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料试样.借助万能电子试验机和扫描电镜进行材料的力学性能和微观结构分析.结果表明:包含ZrC颗粒的SiC相双组元弥散分布在C/C复合材料基体中,且随着前驱体中有机锆含量的增加,力学性能出现先升后降的趋势,当有机锆前驱体质量分数为25％时,改性C/C复合材料弯曲强度和弯曲模量较优,分别为240.61MPa和17.25GPa.
关键词:
化学气相渗透
,
浸渍裂解
,
ZrC/SiC多组元改性
,
三点弯曲强度
,
微观结构分析
张伟刚
,
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2013.11.02
采用体积含量分别为7.1％和14.2％的两种碳纤维各向同性针刺毡为预制体，研究了预制体内部初始碳纤维表面积与自由体积比值（ A/V值）对热解碳的等温等压化学气相渗透动力学以及热解碳织态结构变化的影响。实验研究以22.5 kPa纯甲烷为碳源气体，沉积温度为1095℃，气体平均停留时间0.1 s，沉积时间从20 h到120 h不等。热解碳沉积后测量了 C/C复合材料的表观密度、开气孔率、热解碳的真密度及其内部分布。利用正交偏光显微镜测试了热解碳的织态结构。研究结果表明，热解碳的初始沉积过程主要受气相-表面形核机制控制，随着致密化的进行，逐渐转变为表面生长机制。这种从形核到表面生长机制的转化，导致了热解碳的织态结构相应地从低织构向中织构、最后到高织构的转化。上述沉积机制和结构的变化，都是由于碳纤维编制体初始A/V值的不同以及由于热解碳不断沉积导致的A/V值的不断增大引起的。增大碳纤维编制体的初始A/V值，可以导致这些转化在致密化过程中提前发生。上述结果能够很好地证明以前相关研究的结论。
关键词:
热解碳
,
化学气相渗透
,
压汞仪孔隙率测试
,
光学显微镜
,
织态结构
张丹
,
黄清波
,
李爱军
,
白瑞成
,
孙晋良
复合材料学报
基于热解碳沉积的Particle-Filler(P-F)概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论,提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制,实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模,并采用Gibbs系综Monte Carlo (MC)方法对化学气相渗透(CVI)工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟.研究表明:由于气相中小的芳香烃组分C6的吸附比线性小分子烃组分C2的吸附更容易受到抑制,因而限制了沉积表面的P-F双分子反应;随C6与C2浓度比值R的变化,热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布,导致了2种不同的亚稳相碳即中织构(MT)和高织构(HT)热解碳的生成,并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面.进一步的计算表明:热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域,其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C2的初始浓度及沉积温度T的影响;为了得到均一织构的热解碳,应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数.
关键词:
碳/碳复合材料
,
化学气相渗透
,
热解碳
,
界面
,
Monte Carlo模拟
解玉鹏
,
成来飞
,
张立同
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160224.002
采用流延-化学气相渗透(TC-CVI)工艺制备SiC晶须(SiCw)/SiC层状陶瓷复合材料,研究了SiCw含量对层状陶瓷复合材料力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/SiC层状陶瓷复合材料的强韧化机制.结果表明:TC-CVI工艺能够有效提高复合材料中晶须含量(40vol％),减少制备过程对晶须损伤,所制备的SiCw/SiC层状陶瓷复合材料具有合适的层内及层间界面结合强度.随着SiCw含量增加,层状陶瓷复合材料的密度和力学性能均有明显提高.含40vol％晶须的SiCw/SiC层状陶瓷复合材料的密度、弯曲强度和断裂韧性均比含25vol％晶须的分别提高了8.4％、30.8％和26.7％.断口形貌中能够观察到层间及层内的裂纹偏转,层内的裂纹桥接和晶须拔出等,这些为主要的增韧机制.高含量SiCw及合适的层间和层内界面结合强度,对提高SiCw/SiC层状陶瓷复合材料强韧性有明显作用.
关键词:
陶瓷基复合材料
,
层状复合材料
,
化学气相渗透
,
力学性能
,
微观结构
李妙玲
,
仝军锋
,
赵红霞
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160414.001
建立了基于遗传算法和误差反传(GA-BP)神经网络的化学气相渗透(CVI)工艺参数优化模型.以新型等温CVI工艺制备C/C复合材料时采集的实验数据作为模型评价样本,分析了主要可控影响因素(沉积温度、前驱气体分压与滞留时间等)对C/C复合材料制件密度及其密度均匀性的作用规律.在该模型指导下,样本的期望密度和实测密度最大误差不超过6.2％,密度差最大误差不超过8.2％.实验结果也证明了该模型具有较高的精度和良好的泛化能力,可以用于CVI工艺参数的优化.
关键词:
C/C复合材料
,
化学气相渗透
,
BP神经网络
,
遗传算法
,
参数优化
房冲
,
王雅雷
,
熊翔
,
汤中华
,
陈招科
,
孙威
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160126.001
为分析碳源在化学气相渗透过程中的沉积机制,以碳纤维针刺整体毡为预制体,添加丙烯(C3H6)的天然气混合气体为碳源,研究了碳源组成对C/C复合材料致密化及热解炭结构的影响.结果表明:相比于以天然气为碳源,以添加了适当比例C3 H6的天然气为碳源,可有效提高C/C复合材料的致密化速率及密度分布均匀性;同时,有利于生成高织构的热解炭.最优条件(9vol％ C3H6)下沉积100 h后,C/C复合材料的密度和径向密度偏差分别为1.40 g/cm3和0.04 g/cm3,热解炭为均一的粗糙层结构,石墨化度高;而以天然气作碳源时,密度和径向密度偏差分别为1.17 g/cm3和0.07 g/cm3,热解炭为二元带状结构,石墨化度较低;当C3 H6比例增加到17vol％时,其密度和径向密度偏差分别为1.28 g/cm3和0.10 g/cm3,密度及密度分布均匀性较最优条件下制备的复合材料明显降低.
关键词:
混合碳源
,
C/C复合材料
,
化学气相渗透
,
密度分布均匀性
,
显微结构
