[发明专利]一种新型抗疲劳C/C复合材料制备工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种新型抗疲劳C/C复合材料制备工艺。

背景技术

C/C复合材料是目前主要用于国防工业的一种新型耐高温材料，在服役过程中难免遇到疲劳情况，疲劳损伤引起的材料的失效或断裂往往事先无明显征兆，因而危害性大，C/C复合材料微观结构复杂，在疲劳加载的过程中伴随着微结构的演变，这又增加了研究过程中测试及表征的难度，材料的疲劳性能是设计材料时很重要的一个参数，C/C复合材料的损伤表现为基体裂纹、界面脱粘、纤维断裂或拔出等多种损伤形式，这些损伤形式还会相互影响和组合。因此C/C复合材料作为高温结构材料，对C/C疲劳性能的改善必不可少。

为了克服上述问题，本发明设计一种新型抗疲劳C/C复合材料制备工艺，通过优化C/C复合材料的内部孔隙结构，提高抗氧化性能和抗疲劳性能，市场前景广阔。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种新型抗疲劳C/C复合材料制备工艺。其技术方案是一种新型抗疲劳C/C复合材料制备工艺，其特征：根据复合材料的应用以及工作环境选择满足设计要求的碳纤维，制备预制体，即复合材料骨架，随后进行化学气相渗透和液相浸渍有机结合，最后石墨化处理。

具体工艺流程：预制体采用0/90交替排列的无维碳布布层，其中无维碳布中夹有特殊碳毡，布层厚度大约为0.63～0.67mm，布毡比约为75:25，制成的C/C复合材料为块状，密度为1.70g/cm³。毡层（碳纤维）为PAN聚丙烯晴预氧丝还未炭化，穿刺和布层为T300国产碳纤维，基体主要为光滑层。1100℃化学气相渗透（CVI）和液相浸渍有机结合处理工艺。

CVI工艺是在部分真空下，把甲烷、天然气等碳氢化合物加热到分解温度以上，使其在高温条件下裂解，裂解碳逐步沉积在碳纤维表面，填充骨架内部孔隙。

本发明的特点是：采用针刺碳毡预制体结构，相对低维骨架的预制体性能优异。提高材料密化的目的是填充碳纤维骨架内的孔隙。采用液相浸渍后碳化处理和化学气相渗透（CVI）的方法进行，前者易于填充预制体中的大空，后者则相对易于填充相对较小的孔隙。两种工艺有机结合可以优化C/C复合材料的微观结构，提高抗氧化性能和抗疲劳性能。石墨化处理可以提高材料的石墨化程度，改善材料导电、导热性能，提高材料的各向异性，降低硬度。新型C/C复合材料具有质轻、寿命长、服役温度高、热稳定性好、磨损小、性价比高、抗疲劳和抗氧化等一系列的优点。新型C/C复合材料的优良特性使其既可作为结构件承担载荷，又可作为优异的功能材料发挥作用，一定会在航空和航天等高科技领域迅速得到应用，在作为航空火箭的发动机的热烧蚀材料及航天飞机、宇宙飞船、战略弹道导弹等进入大气层飞行器的防热层材料领域具有广阔前景。

具体实施方式

根据复合材料的应用以及工作环境选择满足设计要求的碳纤维，制备预制体，即复合材料骨架，随后进行化学气相渗透液相浸渍有机结合，最后石墨化处理。

具体工艺流程：预制体采用0/90交替排列的无维碳布布层，其中无维碳布中夹有特殊碳毡，布层厚度大约为0.63～0.67mm，布毡比约为75:25，制成的C/C复合材料为块状，密度为1.70g/cm³。毡层（碳纤维）为PAN聚丙烯晴预氧丝还未炭化，穿刺和布层为T300国产碳纤维，基体主要为光滑层。1100℃化学气相渗透（CVI）和液相浸渍有机结合处理工艺。

CVI工艺是在部分真空下，把甲烷、天然气等碳氢化合物加热到分解温度以上，使其在高温条件下裂解，裂解碳逐步沉积在碳纤维表面，填充骨架内部孔隙。