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文件名称:航空航天复合材料 课件知识点4 CC复合材料.pptx
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总页数:18 页
更新时间:2025-06-28
总字数:约1.63千字
文档摘要

;;一、碳/碳复合材料的制备工艺;2.碳纤维预制体的制备;由纤维编织成的预制体是空虚的,需向内渗碳而使其致密化,以实现预制体与碳基体的复合,故复合过程实为预制体的渗碳致密化过程。

对预制体渗碳方法有液相浸渍热分解和化学气相沉积法两种。;化学气相沉积(CVD)是将碳氢化合物,如甲烷、丙烷、天然气等通入预制体,并使其分解,析出的碳沉积在预制体中。该方法的关键是热分解的碳在预制体中的均匀沉积。预制体的性质、感应器的结构、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。化学气相沉积有等温法、热梯度法、脉冲法等。;原理:将感应线圈和感应器的几何形状做的与预制体相同,接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域,在坯体内外表面形成一定温度差,碳氢气体在坯体低温表面流过,依靠气体的扩散作用,反应气体扩散进孔隙内进行沉积,由于反应气体首先接触的是低温表面,因此,大量的沉积发生在样品里侧,表面很少沉积甚至没沉积,随着沉积过程的进行,坯体里侧致密化,内外表面温差越来越小,沉积带逐渐外移,最终得到从里至外完全致密的制品。

特点:周期较短,制品密度较高,但重复性差,不能在同一时间内沉积不同坯体和多个坯体,坯体的形状也不能太复杂。;图5脉冲法沉积碳示意图;C/C复合材料的制备要经历十分复杂的过程,在此过程中纤维、基体均要发生不同的物理化学变化并产生相互作用,包括如下几点:

①有机浸渍剂热解为基体碳时会发生60%-65%的体积收缩,产生严重的工艺应力导致复合材料损伤。

②碳纤维/树脂界面转化为碳纤维/碳基体界面,界面特性发生变化。

③织物编制、热处理、工艺应力及纤维/基体相互作用引起纤维性能变化。

④纤维/基体热膨胀失配,热处理时会产生严重的热应力和材料损伤。

因此,C/C复合材料的性能与碳纤维的品种、预制体编织物结构、基体的前驱体以及制备工艺等有关。;碳/碳复合材料为脆性材料,断裂破坏时应变仅有0.12%~2.4%,但其应力-应变曲线上却有“假塑性效应”。即有塑性变形阶段。

原因可能是由于增强体的取向变化,导致裂纹不能进一步迅速扩展所致,如图6所示。施加载荷的初期呈现线性,随后出现假塑性现象。卸荷后出现残余形变,再加载时,不再有塑性变形了,但同样出现线性变形,即有双线性特性。假塑性效应的作用:可有效提高其使用可靠性。;;1)热胀系数小,仅为金属的1/5~1/10,高温时的热应力小

2)导热系数高,室温为159~188W/m?K,1650℃时降为43W/m?K;控制沉积和加工工艺可得密度梯变的复合材料,密度大,导热性好,抗烧蚀能力强。

3)比热高,且随温度的升高而增加,即储能增加。

4)抗热震因子高,为各类石墨制品的1~40倍;图10神舟返回舱;三、碳/碳复合材料的应用;1.汽车:目前金属80%,其他20%。C/C复合材料是理想选择,可制成汽车的各种部件:

(1)发动机系统:连杆、推杆、摇杆、油盘、水泵叶轮

(2)传动系统:传动轴、万能箍、变速器、加速装置及其罩

(3)底盘系统:底盘和悬置件、弹簧片、框架、横梁和散热器

(4)车体:车顶内外衬、地板、侧门等;2.化学工业:耐蚀设备、压力容器、密封填料等

3.电子、电气工业:C/C复合材料的导电性能优异,可制成电吸尘装置的电极板、电池的电极、电子管的栅极等

4.医疗:优点:

1)生物相容性好,强度高,耐疲劳,韧性好;

2)在生物体内稳定,不被腐蚀;

3)与骨的弹性模量相近,具有良好的生物力学性能。

是最好的生物相容性材料之一。控制复合材料中孔隙的形态,使天然骨骼融入材料,生物应用前景广阔。人工关节、骨盘、骨夹板和骨针、骨状插入物、人工心脏瓣膜阀体。

5.核工业、航空、航天:

核反应堆中的无线电频率限幅器、卫星上通信反射器、高温紧固件、热压膜、超塑性金属膜及体育器材等,如高尔夫。;C/C-Cu复合材料