碳基复合材料.pdf

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1、1ContentContent第第第第IIII部分部分部分部分 复合材料分论复合材料分论复合材料分论复合材料分论第第第第4 4 4 4章章章章 碳基复合材料碳基复合材料碳基复合材料碳基复合材料24.1 4.1 4.1 4.1 引引引引言言言言碳基复合材料碳基复合材料碳基复合材料碳基复合材料基体为碳的复合材料，主要为基体为碳的复合材料，主要为基体为碳的复合材料，主要为基体为碳的复合材料，主要为C/CC/C复合材料复合材料复合材料复合材料SiCSiC/C?/C?34.2 4.2 4.2 4.2 发发发发 展展展展 概概概概 况况况况19581958年年年年 碳基体复合材料；碳基体复合材料；碳基体复

2、合材料；碳基体复合材料；2020世纪世纪世纪世纪6060年代中期年代中期年代中期年代中期-7070年代末期年代末期年代末期年代末期火箭发动机喷管喉衬火箭发动机喷管喉衬火箭发动机喷管喉衬火箭发动机喷管喉衬2020世纪世纪世纪世纪8080年代年代年代年代 军用军用军用军用-民用民用民用民用目前，研究热点：低成本目前，研究热点：低成本目前，研究热点：低成本目前，研究热点：低成本;抗氧化抗氧化抗氧化抗氧化44.3 4.3 4.3 4.3 组组组组元元元元4.3.1 4.3.1 增强体（按维数分）增强体（按维数分）增强体（按维数分）增强体（按维数分）零维零维零维零维一维一维一维一维两维两维两维两维三维三

3、维三维三维多维多维多维多维54.3.2 4.3.2 基体（按成碳原料分）基体（按成碳原料分）基体（按成碳原料分）基体（按成碳原料分）树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳-树脂热解碳化树脂热解碳化树脂热解碳化树脂热解碳化(各向同性碳各向同性碳各向同性碳各向同性碳)沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳-沥青热处理沥青热处理沥青热处理沥青热处理沉积碳沉积碳沉积碳沉积碳-碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解(CVD)(CVD)61 1 1 1）简）简）简）简介介介介19581958年，欲测年，欲测年，欲测年，欲测PF/CFPF/CF中中中中CFCF含量，因失含量，因失含量，因失含量，因失误，得到碳基体复合

4、材料误，得到碳基体复合材料误，得到碳基体复合材料误，得到碳基体复合材料碳碳碳碳 质质质质 基基基基 体体体体碳的特性碳的特性碳的特性碳的特性7树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳-树脂热解碳化树脂热解碳化树脂热解碳化树脂热解碳化(各向同性玻璃碳各向同性玻璃碳各向同性玻璃碳各向同性玻璃碳););沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳-沥青热处理沥青热处理沥青热处理沥青热处理;沉积碳沉积碳沉积碳沉积碳-碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解碳氢化合物裂解(CVDCVD)a.a.分分分分类类类类8碳基体碳基体碳基体碳基体固相碳化固相碳化固相碳化固相碳化液相碳化液相碳化液相碳化液相碳化气相碳化气相碳化气相碳化气相碳化b.b

5、.碳化工学基础碳化工学基础碳化工学基础碳化工学基础9碳基体碳基体碳基体碳基体液相浸渍液相浸渍液相浸渍液相浸渍气相沉积气相沉积气相沉积气相沉积c.c.工工工工 艺艺艺艺102 2 2 2）基基基基 体体体体 选选选选 用用用用 原原原原 则则则则a.a.液相成碳液相成碳液相成碳液相成碳粘度；粘度；粘度；粘度；碳化收率碳化收率碳化收率碳化收率;固化条件固化条件固化条件固化条件;成碳后的微观结构。成碳后的微观结构。成碳后的微观结构。成碳后的微观结构。热固性浸渍剂树脂热固性浸渍剂树脂热固性浸渍剂树脂热固性浸渍剂树脂热塑性浸渍剂沥青热塑性浸渍剂沥青热塑性浸渍剂沥青热塑性浸渍剂沥青11b.b.沉积碳沉积碳

6、沉积碳沉积碳发生热分解反应的工艺；发生热分解反应的工艺；发生热分解反应的工艺；发生热分解反应的工艺；沉积碳的速率和成碳量。沉积碳的速率和成碳量。沉积碳的速率和成碳量。沉积碳的速率和成碳量。低分子量碳氢化合物低分子量碳氢化合物低分子量碳氢化合物低分子量碳氢化合物（甲烷、丙烷、苯等甲烷、丙烷、苯等甲烷、丙烷、苯等甲烷、丙烷、苯等）123 3 3 3）常常常常 用用用用 基基基基 体体体体a.a.浸渍树脂（酚醛树脂等）浸渍树脂（酚醛树脂等）浸渍树脂（酚醛树脂等）浸渍树脂（酚醛树脂等）溶剂溶剂溶剂溶剂稀释稀释稀释稀释真空浸渍真空浸渍真空浸渍真空浸渍固化固化固化固化碳化碳化碳化碳化结束结束结束结束降低粘

7、度降低粘度降低粘度降低粘度提高浸渍效率提高浸渍效率提高浸渍效率提高浸渍效率873873-1273K1273K树脂树脂树脂树脂树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳（玻璃碳）（玻璃碳）（玻璃碳）（玻璃碳）13b.b.浸渍沥青浸渍沥青浸渍沥青浸渍沥青特点特点特点特点碳收率高，易形成类石墨结构；碳收率高，易形成类石墨结构；碳收率高，易形成类石墨结构；碳收率高，易形成类石墨结构；理想的基体碳来源和常用浸渍剂。理想的基体碳来源和常用浸渍剂。理想的基体碳来源和常用浸渍剂。理想的基体碳来源和常用浸渍剂。分类分类分类分类来源：来源：来源：来源：煤焦油沥青，石油沥青，合成沥青煤焦油沥青，石油沥青，合成沥青煤焦油沥青，石油沥青

8、，合成沥青煤焦油沥青，石油沥青，合成沥青特性：特性：特性：特性：通用级和中间相沥青通用级和中间相沥青通用级和中间相沥青通用级和中间相沥青软化点温度软化点温度软化点温度软化点温度：低温，中温，高温：低温，中温，高温：低温，中温，高温：低温，中温，高温14影响因素影响因素影响因素影响因素1 1）反应温度和压力）反应温度和压力）反应温度和压力）反应温度和压力低温低压下，低温低压下，低温低压下，低温低压下，CVDCVD受表面反应动力学控制；受表面反应动力学控制；受表面反应动力学控制；受表面反应动力学控制；高温高压下，扩散为主。高温高压下，扩散为主。高温高压下，扩散为主。高温高压下，扩散为主。2 2）气

9、体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压影响影响影响影响CVDCVD过程中扩散过程中扩散过程中扩散过程中扩散/沉积的平衡沉积的平衡沉积的平衡沉积的平衡3 3）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度c.c.沉积碳沉积碳沉积碳沉积碳154 4 4 4）结结结结构构构构碳的显微组织碳的显微组织碳的显微组织碳的显微组织CVDCVD碳碳碳碳:平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织SL:SL:较弱光学各向异性较弱光学各向异性较弱光学各向异性较弱光学各向异性;粗糙层片状组织粗糙层片状组织粗糙

10、层片状组织粗糙层片状组织RL:RL:较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性;各向同性各向同性各向同性各向同性CVDCVD碳碳碳碳ISO:ISO:光学各向同性光学各向同性光学各向同性光学各向同性.树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳:碳化后各向同性碳化后各向同性碳化后各向同性碳化后各向同性沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳:中间相中间相中间相中间相(易石墨化易石墨化易石墨化易石墨化)16分子量分子量分子量分子量400400-600600的有机化合物的混合物，加的有机化合物的混合物，加的有机化合物的混合物，加的有机化合物的混合物，加热至热至热至热至623K623K以上形成的高度取向、光

11、学各相异以上形成的高度取向、光学各相异以上形成的高度取向、光学各相异以上形成的高度取向、光学各相异性 的 液 晶 相（性 的 液 晶 相（性 的 液 晶 相（性 的 液 晶 相（high oriented optically high oriented optically anisotropic liquid crystalline phaseanisotropic liquid crystalline phase）.在偏光显微镜下，中间相沥青在各向同性在偏光显微镜下，中间相沥青在各向同性在偏光显微镜下，中间相沥青在各向同性在偏光显微镜下，中间相沥青在各向同性沥青母液中呈现出不同颜色的光。沥青

12、母液中呈现出不同颜色的光。沥青母液中呈现出不同颜色的光。沥青母液中呈现出不同颜色的光。初生球随着温度上升发生融并、解体，最后初生球随着温度上升发生融并、解体，最后初生球随着温度上升发生融并、解体，最后初生球随着温度上升发生融并、解体，最后形成半焦。形成半焦。形成半焦。形成半焦。中间相（中介相）沥青中间相（中介相）沥青中间相（中介相）沥青中间相（中介相）沥青17沥青中间相形成和生长过程图沥青中间相形成和生长过程图沥青中间相形成和生长过程图沥青中间相形成和生长过程图18a:a:不常见不常见不常见不常见;b:TOGb:TOG结构结构结构结构;c:POG;c:POG结构结构结构结构;沥青碳与碳纤维结合

13、界面沥青碳与碳纤维结合界面沥青碳与碳纤维结合界面沥青碳与碳纤维结合界面中常见形式中常见形式中常见形式中常见形式d:d:树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在;CVD;CVD碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面中存在中存在中存在中存在195 5 5 5）性性性性能能能能比重小；比重小；比重小；比重小；化学稳定性高；化学稳定性高；化学稳定性高；化学稳定性高；耐热性好（非氧化性气氛耐热性好（非氧化性气氛耐热性好（非氧化性气氛耐热性好（非氧化性气氛）；）；）；）；导电、导热性能好；导电、导热性能好；导电、导热性能好；导电、导

14、热性能好；耐腐蚀性好。耐腐蚀性好。耐腐蚀性好。耐腐蚀性好。20平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织(SL):(SL):较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性粗糙层片状组织粗糙层片状组织粗糙层片状组织粗糙层片状组织(RL):(RL):较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性各向同性各向同性各向同性各向同性CVDCVD碳碳碳碳(ISO):(ISO):光学各向同性光学各向同性光学各向同性光学各向同性216 6 6 6）应应应应用用用用各各各各 种种种种 新新新新 型型型型 碳碳碳碳 材材材材 料料料料碳碳碳碳/碳复

15、合材料的基体碳复合材料的基体碳复合材料的基体碳复合材料的基体227 7 7 7）C/CC/CC/CC/C复合材料中的碳质基体复合材料中的碳质基体复合材料中的碳质基体复合材料中的碳质基体基体碳：基体碳：基体碳：基体碳：工艺决定工艺决定工艺决定工艺决定浸渍浸渍浸渍浸渍/碳化碳化碳化碳化-树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳/沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳CVDCVD-CVDCVD碳碳碳碳23树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳/沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳树脂树脂树脂树脂/沥青沥青沥青沥青热处理热处理热处理热处理（固化（固化（固化（固化/碳化）碳化）碳化）碳化）2425沉积碳沉积碳沉积碳沉积碳甲烷甲烷甲烷甲烷/苯等苯等苯等苯等热分

16、解热分解热分解热分解(CVD)(CVD)266 6 6 6）小小小小结结结结碳质基体是特殊的一类基体，它碳质基体是特殊的一类基体，它碳质基体是特殊的一类基体，它碳质基体是特殊的一类基体，它兼有陶瓷、金属和聚合物的某些特兼有陶瓷、金属和聚合物的某些特兼有陶瓷、金属和聚合物的某些特兼有陶瓷、金属和聚合物的某些特性，故而，在基体材料中占有特殊的性，故而，在基体材料中占有特殊的性，故而，在基体材料中占有特殊的性，故而，在基体材料中占有特殊的位置。请结合不同成碳工艺掌握不同位置。请结合不同成碳工艺掌握不同位置。请结合不同成碳工艺掌握不同位置。请结合不同成碳工艺掌握不同碳质基体的性能特点。碳质基体的性能特

17、点。碳质基体的性能特点。碳质基体的性能特点。274.4 4.4 4.4 4.4 界界界界面面面面4.4.1 C/C4.4.1 C/C的组成的组成的组成的组成碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维基体碳基体碳基体碳基体碳界面层界面层界面层界面层裂纹和孔隙裂纹和孔隙裂纹和孔隙裂纹和孔隙284.4.2 4.4.2 界面层的种类界面层的种类界面层的种类界面层的种类碳纤维与沉积碳碳纤维与沉积碳碳纤维与沉积碳碳纤维与沉积碳碳纤维与沥青碳或树脂碳之间碳纤维与沥青碳或树脂碳之间碳纤维与沥青碳或树脂碳之间碳纤维与沥青碳或树脂碳之间沉积碳与树脂碳或沥青碳之间沉积碳与树脂碳或沥青碳之间沉积碳与树脂碳或沥青碳之间沉积碳与树脂碳或沥

18、青碳之间沥青碳与树脂碳之间沥青碳与树脂碳之间沥青碳与树脂碳之间沥青碳与树脂碳之间29a:a:不常见不常见不常见不常见;b:TOGb:TOG结构结构结构结构;c:POG;c:POG结构结构结构结构;沥青碳与碳纤维结合界面沥青碳与碳纤维结合界面沥青碳与碳纤维结合界面沥青碳与碳纤维结合界面中常见形式中常见形式中常见形式中常见形式d:d:树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在树脂碳与碳纤维界面中存在;CVD;CVD碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面碳与碳纤维界面中存在中存在中存在中存在30314.4.4 C/C4.4.4 C/C的显微组织的显微组织的显微组织的

19、显微组织CVDCVD碳的显微组织碳的显微组织碳的显微组织碳的显微组织平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织平滑层片状组织SL:SL:较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性较弱的光学各向异性粗糙层片状组织粗糙层片状组织粗糙层片状组织粗糙层片状组织RL:RL:较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性较强的光学各向异性各向同性各向同性各向同性各向同性CVDCVD碳碳碳碳ISO:ISO:光学各向同性光学各向同性光学各向同性光学各向同性树脂碳树脂碳树脂碳树脂碳-碳化后各向同性碳化后各向同性碳化后各向同性碳化后各向同性沥青碳沥青碳沥青碳沥青碳-中间相中间相中间相中间相(易

20、石墨化易石墨化易石墨化易石墨化)324.4.5 4.4.5 界面性能的改进界面性能的改进界面性能的改进界面性能的改进基体碳的结合方式基体碳的结合方式基体碳的结合方式基体碳的结合方式纤维的表面处理纤维的表面处理纤维的表面处理纤维的表面处理原位复合原位复合原位复合原位复合正在研究中正在研究中正在研究中正在研究中334.5 4.5 4.5 4.5 工工工工艺艺艺艺按基体成碳的工艺分按基体成碳的工艺分按基体成碳的工艺分按基体成碳的工艺分液相法液相法液相法液相法浸渍浸渍浸渍浸渍-碳化法碳化法碳化法碳化法气相法气相法气相法气相法化学气相沉积、化学气相渗透化学气相沉积、化学气相渗透化学气相沉积、化学气相渗透

21、化学气相沉积、化学气相渗透（固相法？）（固相法？）（固相法？）（固相法？）34354.5.1 4.5.1 4.5.1 4.5.1 液态浸渍液态浸渍液态浸渍液态浸渍-碳化工艺碳化工艺碳化工艺碳化工艺（Liquid Impregnation Liquid Impregnation Carbonization,LICCarbonization,LIC）3637384.5.2 4.5.2 4.5.2 4.5.2 化学气相沉积（化学气相沉积（化学气相沉积（化学气相沉积（C V DC V DC V DC V D）工艺过程：工艺过程：工艺过程：工艺过程：1 1）反应气体扩散至沉积衬底边界层）反应气体扩散至沉

22、积衬底边界层）反应气体扩散至沉积衬底边界层）反应气体扩散至沉积衬底边界层2 2）反应气体被吸附，发生反应）反应气体被吸附，发生反应）反应气体被吸附，发生反应）反应气体被吸附，发生反应3 3）气体产物解吸附，扩散）气体产物解吸附，扩散）气体产物解吸附，扩散）气体产物解吸附，扩散4 4）产生的气体被排除）产生的气体被排除）产生的气体被排除）产生的气体被排除39影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：1 1）反应温度和压力）反应温度和压力）反应温度和压力）反应温度和压力低温低压下，反应动力学控制低温低压下，反应动力学控制低温低压下，反应动力学控制低温低压下，反应动力学控制高温高压下，扩散为主高温高压

23、下，扩散为主高温高压下，扩散为主高温高压下，扩散为主2 2）气体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压）气体流量，载气流量，分压影响扩散影响扩散影响扩散影响扩散/沉积的平衡沉积的平衡沉积的平衡沉积的平衡3 3）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度）扩散速度与沉积速度40理想状况理想状况理想状况理想状况41工艺过程工艺过程工艺过程工艺过程将预制体放入均温将预制体放入均温将预制体放入均温将预制体放入均温CVDCVD炉中，导炉中，导炉中，导炉中，导入碳氢化合物，控制好炉温和导入碳氢化合物，控制好炉温和导入碳氢化合物，控制好炉温和导入碳氢化合物，

24、控制好炉温和导入气体的流量与分压，以便在预入气体的流量与分压，以便在预入气体的流量与分压，以便在预入气体的流量与分压，以便在预制体内的各处都得到均匀的沉积。制体内的各处都得到均匀的沉积。制体内的各处都得到均匀的沉积。制体内的各处都得到均匀的沉积。特点特点特点特点沉积碳增长速度缓慢（沉积碳增长速度缓慢（沉积碳增长速度缓慢（沉积碳增长速度缓慢（1 1-2.52.5 m/m/小小小小时时时时），工艺周期长；可以生产大），工艺周期长；可以生产大），工艺周期长；可以生产大），工艺周期长；可以生产大型构件，并且可以同时在同一炉型构件，并且可以同时在同一炉型构件，并且可以同时在同一炉型构件，并且可以同时在同

25、一炉内装入若干内装入若干内装入若干内装入若干C/CC/C预制体预制体预制体预制体CVDCVD工艺分为：等温工艺、压力梯度工艺、温度梯度工艺工艺分为：等温工艺、压力梯度工艺、温度梯度工艺工艺分为：等温工艺、压力梯度工艺、温度梯度工艺工艺分为：等温工艺、压力梯度工艺、温度梯度工艺42特点：特点：特点：特点：沉积速率增大沉积速率增大沉积速率增大沉积速率增大局限于单件局限于单件局限于单件局限于单件C/CC/C构件生产；构件生产；构件生产；构件生产；对设备要求高对设备要求高对设备要求高对设备要求高（耐高压和压力（耐高压和压力（耐高压和压力（耐高压和压力密封）密封）密封）密封）原理原理原理原理利用反应气体

26、通过利用反应气体通过利用反应气体通过利用反应气体通过C/CC/C预制体时的强预制体时的强预制体时的强预制体时的强制流动。制流动。制流动。制流动。即：在通过预制体即：在通过预制体即：在通过预制体即：在通过预制体时对流动气体产生时对流动气体产生时对流动气体产生时对流动气体产生阻力而形成压力梯阻力而形成压力梯阻力而形成压力梯阻力而形成压力梯度。炭的沉积速度度。炭的沉积速度度。炭的沉积速度度。炭的沉积速度与通过预制体的压与通过预制体的压与通过预制体的压与通过预制体的压力降呈正比。力降呈正比。力降呈正比。力降呈正比。431 1）属于扩散控制工艺，适合）属于扩散控制工艺，适合）属于扩散控制工艺，适合）属于

27、扩散控制工艺，适合于对称的筒体或锥体于对称的筒体或锥体于对称的筒体或锥体于对称的筒体或锥体2 2）原理）原理）原理）原理利用并控制预制体内、外两利用并控制预制体内、外两利用并控制预制体内、外两利用并控制预制体内、外两侧的温度，形成温度差。内侧的温度，形成温度差。内侧的温度，形成温度差。内侧的温度，形成温度差。内侧要高于外侧，以避免等温侧要高于外侧，以避免等温侧要高于外侧，以避免等温侧要高于外侧，以避免等温工艺中外侧表面的结壳。工艺中外侧表面的结壳。工艺中外侧表面的结壳。工艺中外侧表面的结壳。3 3）特点）特点）特点）特点沉积速率明显高于等温沉积速率明显高于等温沉积速率明显高于等温沉积速率明显高

28、于等温CVDCVD法；无需取出机加工后再沉法；无需取出机加工后再沉法；无需取出机加工后再沉法；无需取出机加工后再沉积；限于单件生产积；限于单件生产积；限于单件生产积；限于单件生产444.6 C/C4.6 C/C4.6 C/C4.6 C/C的抗氧化防护的抗氧化防护的抗氧化防护的抗氧化防护4.6.1 4.6.1 简介简介简介简介WHYWHY？543K543K就开始氧化。就开始氧化。就开始氧化。就开始氧化。HOWHOW？表面进行耐高温材料的涂层；表面进行耐高温材料的涂层；表面进行耐高温材料的涂层；表面进行耐高温材料的涂层；在基体中加入氧化抑制剂在基体中加入氧化抑制剂在基体中加入氧化抑制剂在基体中加入

29、氧化抑制剂454.6.2 C/C4.6.2 C/C复合材料的氧化机制复合材料的氧化机制复合材料的氧化机制复合材料的氧化机制温度低于温度低于温度低于温度低于923K,923K,为化学反应控制为化学反应控制为化学反应控制为化学反应控制失重与氧化时间的平方成正比失重与氧化时间的平方成正比失重与氧化时间的平方成正比失重与氧化时间的平方成正比失重与失重与失重与失重与C/CC/C复合材料热处理温度有关复合材料热处理温度有关复合材料热处理温度有关复合材料热处理温度有关温度高于温度高于温度高于温度高于1073K1073K时时时时,为气体扩散控制为气体扩散控制为气体扩散控制为气体扩散控制923923-1073K

30、,1073K,两者均发生作用两者均发生作用两者均发生作用两者均发生作用464.6.3 C/C4.6.3 C/C复合材料抗氧化原理复合材料抗氧化原理复合材料抗氧化原理复合材料抗氧化原理a.a.抑制剂法：内部涂层和添加抑制剂抑制剂法：内部涂层和添加抑制剂抑制剂法：内部涂层和添加抑制剂抑制剂法：内部涂层和添加抑制剂特点特点特点特点:在较低温度范围内降低氧化在较低温度范围内降低氧化在较低温度范围内降低氧化在较低温度范围内降低氧化抑制剂抑制剂抑制剂抑制剂:硼及其硼化物硼及其硼化物硼及其硼化物硼及其硼化物主要机理主要机理主要机理主要机理:硼氧化后形成氧化物，熔点和硼氧化后形成氧化物，熔点和硼氧化后形成氧化

31、物，熔点和硼氧化后形成氧化物，熔点和粘度较低，很容易填充到粘度较低，很容易填充到粘度较低，很容易填充到粘度较低，很容易填充到C/CC/C孔隙中，起到内孔隙中，起到内孔隙中，起到内孔隙中，起到内部涂层作用。既阻断氧继续入侵，又减少发生部涂层作用。既阻断氧继续入侵，又减少发生部涂层作用。既阻断氧继续入侵，又减少发生部涂层作用。既阻断氧继续入侵，又减少发生氧化的部位。氧化的部位。氧化的部位。氧化的部位。单纯的抑制剂法单纯的抑制剂法单纯的抑制剂法单纯的抑制剂法:适于适于适于适于873K873K以下的防护以下的防护以下的防护以下的防护47b.b.抗氧化涂层法抗氧化涂层法抗氧化涂层法抗氧化涂层法机理机理机

32、理机理:阻止氧与阻止氧与阻止氧与阻止氧与C/CC/C接触接触接触接触物质物质物质物质:熔点高，耐氧化的陶瓷材料熔点高，耐氧化的陶瓷材料熔点高，耐氧化的陶瓷材料熔点高，耐氧化的陶瓷材料方法方法方法方法:化学气相沉积和固态扩散渗透法化学气相沉积和固态扩散渗透法化学气相沉积和固态扩散渗透法化学气相沉积和固态扩散渗透法抗氧化涂层的特点抗氧化涂层的特点抗氧化涂层的特点抗氧化涂层的特点:适宜的粘附性适宜的粘附性适宜的粘附性适宜的粘附性热膨胀与热膨胀与热膨胀与热膨胀与C/CC/C相当相当相当相当氧扩散渗透率低氧扩散渗透率低氧扩散渗透率低氧扩散渗透率低相容稳定性相容稳定性相容稳定性相容稳定性挥发性低挥发性低挥

33、发性低挥发性低4849两个两个两个两个重要的因素重要的因素重要的因素重要的因素:1)1)涂层的氧扩散渗透性涂层的氧扩散渗透性涂层的氧扩散渗透性涂层的氧扩散渗透性带涂层的带涂层的带涂层的带涂层的C/CC/C氧化时氧化时氧化时氧化时,R=k M/,R=k M/x hx hR R-C/CC/C的氧化速度的氧化速度的氧化速度的氧化速度,%/,%/小时小时小时小时k k-常数常数常数常数,生成生成生成生成COCO时为时为时为时为0.750.75MM-涂层的氧扩散渗透率涂层的氧扩散渗透率涂层的氧扩散渗透率涂层的氧扩散渗透率,g/(cm s);,g/(cm s);-C/CC/C密度密度密度密度,g/cm,g

34、/cm3 3;x x-C/CC/C构件截面厚度的构件截面厚度的构件截面厚度的构件截面厚度的1/2,cm;1/2,cm;h h-涂层的厚度涂层的厚度涂层的厚度涂层的厚度,cm,cm2)2)涂层与涂层与涂层与涂层与C/CC/C复合材料的热膨胀相匹配复合材料的热膨胀相匹配复合材料的热膨胀相匹配复合材料的热膨胀相匹配504.6.4 C/C4.6.4 C/C复合材料抗氧化途径复合材料抗氧化途径复合材料抗氧化途径复合材料抗氧化途径a.873Ka.873K以下以下以下以下,采用抑制剂法采用抑制剂法采用抑制剂法采用抑制剂法b.b.大于大于大于大于873K,873K,采用高温抗氧化涂层法采用高温抗氧化涂层法采用

35、高温抗氧化涂层法采用高温抗氧化涂层法1773K1773K以下以下以下以下:SiCSiC 和和和和 SiSi3 3N N4 4硅类陶瓷硅类陶瓷硅类陶瓷硅类陶瓷1773K1773K-2073K2073K的抗氧化防护的抗氧化防护的抗氧化防护的抗氧化防护硅基复合涂层硅基复合涂层硅基复合涂层硅基复合涂层:Si:Si2 2OO3 3/SiC/SiC(外层外层外层外层/内层内层内层内层)c.c.更高温度，采用复合涂层法更高温度，采用复合涂层法更高温度，采用复合涂层法更高温度，采用复合涂层法515253TEOS原硅酸四乙酯原硅酸四乙酯54保持高温稳定性和抗侵蚀保持高温稳定性和抗侵蚀阻挡氧入侵阻挡氧入侵,并封接

36、最外层的裂纹并封接最外层的裂纹保持层间的结合保持层间的结合相容性相容性554.7 4.7 4.7 4.7 结结结结构构构构断断断断 面面面面 形形形形 貌貌貌貌 SEMSEM高分辨率电镜高分辨率电镜高分辨率电镜高分辨率电镜（基体碳、碳纤维、界面层（基体碳、碳纤维、界面层（基体碳、碳纤维、界面层（基体碳、碳纤维、界面层）564.8 4.8 4.8 4.8 性性性性能能能能力学性能力学性能力学性能力学性能拉伸强度和模量以及弯曲强度高拉伸强度和模量以及弯曲强度高拉伸强度和模量以及弯曲强度高拉伸强度和模量以及弯曲强度高热物理性能热物理性能热物理性能热物理性能热膨胀系数小，具有良好的尺寸稳定性热膨胀系数

37、小，具有良好的尺寸稳定性热膨胀系数小，具有良好的尺寸稳定性热膨胀系数小，具有良好的尺寸稳定性热导率高；热导率高；热导率高；热导率高；烧蚀性能烧蚀性能烧蚀性能烧蚀性能化学稳定性化学稳定性化学稳定性化学稳定性5758航空航天航空航天航空航天航空航天一般工业一般工业一般工业一般工业生物材料生物材料生物材料生物材料*碳材料有很好的生物相容性碳材料有很好的生物相容性碳材料有很好的生物相容性碳材料有很好的生物相容性4.9 4.9 4.9 4.9 应应应应用用用用5960616263SummarySummaryC/CC/C复合材料的抗氧化防护是研复合材料的抗氧化防护是研复合材料的抗氧化防护是研复合材料的抗氧

38、化防护是研究和应用的重点内容之一。重点掌握防究和应用的重点内容之一。重点掌握防究和应用的重点内容之一。重点掌握防究和应用的重点内容之一。重点掌握防护原理、采用的途径及涂层设计原则。护原理、采用的途径及涂层设计原则。护原理、采用的途径及涂层设计原则。护原理、采用的途径及涂层设计原则。64作业作业作业作业为降低为降低为降低为降低C/CC/C复合材料的成本，减少复合材料的成本，减少复合材料的成本，减少复合材料的成本，减少浸渍浸渍浸渍浸渍碳化循环次数，请确定浸渍剂的碳化循环次数，请确定浸渍剂的碳化循环次数，请确定浸渍剂的碳化循环次数，请确定浸渍剂的选用依据；并给出不同的使用温度下，选用依据；并给出不同

39、的使用温度下，选用依据；并给出不同的使用温度下，选用依据；并给出不同的使用温度下，C/CC/C复合材料的抗氧化防护措施。复合材料的抗氧化防护措施。复合材料的抗氧化防护措施。复合材料的抗氧化防护措施。65In view of the highly inert nature of In view of the highly inert nature of carbon materials,what waste disposal carbon materials,what waste disposal practices can you recommend for carbon practices can you recommend for carbon fiber carbon composites?fiber carbon composites?ProblemProblem