原位聚合快速致密C/C复合材料的工艺研究

论文摘要

C/C复合材料具有一系列优异性能,特别是作为高温结构材料被广泛地应用于火箭喷嘴、航天器和飞机刹车盘等。本实验采用原位聚合增密C/C复合材料新工艺,利用芳烃小分子在预制体孔隙内原位聚合和炭化以期达到增加制品密度的目的,解决普通浸渍-炭化工艺中沥青大分子难以进入制品孔隙和炭化过程中又熔融流出的问题。本论文主要研究内容包括：制备沥青前驱体,考察工艺参数对沥青残炭率、结构和性能的影响,并使用TG-DSC、FI-IR进行表征；致密预制件,采用SEM、XRD等现代分析手段对样品结构和性能进行了测试和表征。本论文主要结论如下：（1）相对于芳烃重油,以Lewis酸催化萘为原料制备前驱体沥青,方法简单,制备时温度和压力也更容易控制；并且在340℃、15%的配比下由Lewis酸催化萘制得的沥青产率和炭化收率较高、结构性能较好,是较理想的基体前驱体。（2）经过五次致密化循环后,样品密度分别由原来的1.05g/cm3和1.68g/cm3提高到1.52g/cm3和1.83g/cm3,电阻率由4.44m Ω cm和0.84mΩcm降至1.09m Ω cm和0.28m Ω cm,弯曲强度由26MPa和86MPa增至95MPa和211MPa。通过对断口的电子显微镜扫描观察发现,断面有纤维拔出现象,从而使材料显示出明显“假塑性效应”,在安全使用方面具有积极意义。（3）原位聚合快速致密工艺克服了传统CVD和CVI工艺中存在的制备周期长、操作困难及难以致密密度达到一定程度的样品等缺点,成功地对密度1.67g/cm3的样品进行了致密,而对于密度较低的预制体,应结合常压浸渍-炭化工艺与本方法一起才能获得预期的提高密度、降低成本的效果。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 C/C复合材料致密化方法
• 1.2.1 化学气相沉积法
• 1.2.2 液相浸渍法
• 1.2.3 化学液—气相沉积法
• 1.2.4 快速化学液气法
• 1.2.5 化学气相浸渗法
• 1.2.6 其他致密化工艺
• 1.2.7 小结
• 1.3 C/C复合材料的基本性能
• 1.3.1 力学性能
• 1.3.2 热物理性能
• 1.3.3 抗氧化性能
• 1.4 C/C复合材料的应用
• 1.5 课题的提出及研究内容
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 课题的研究内容
• 第二章 实验及主要表征手段
• 2.1 实验原料及主要仪器装备
• 2.1.1 实验原料及试剂
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.2 主要测试与表征
• 2.2.1 热分析（TG-DSC）
• 2.2.2 红外分析（FI-IR）
• 2.2.3 体积密度
• 2.2.4 抗弯强度
• 2.2.5 扫描电子显微镜
• 2.2.6 电阻率
• 2.2.7 金相显微镜
• 2.2.8 X射线衍射仪（X-Ray Diffractometer）
• 第三章 基体炭的催化聚合制备
• 3.1 实验步骤及流程图
• 3.1.1 实验步骤
• 3.1.2 实验流程
• 3.2 实验内容
• 3.3 结果与讨论部分
• 3.3.1 原料选择对结果的影响
• 3.3.2 催化剂浓度对结果的影响
• 3.3.3 反应温度的影响
• 3.3.4 体系压力对结果的影响
• 3.3.5 红外谱图分析
• 3.3.6 沥青偏光显微分析
• 3.3.7 沥青炭化过程分析
• 3.4 小结
• 第四章 C/C复合材料预制体原位致密化研究
• 4.1 实验步骤与流程图
• 4.1.1 实验步骤
• 4.1.2 实验流程
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论部分
• 4.3.1 增密原理
• 4.3.2 体积密度
• 4.3.3 XRD分析
• 4.3.4 偏光显微分析
• 4.3.5 弯曲强度
• 4.3.6 电阻率
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 5.1 确定致密方案
• 5.2 致密预制体
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件