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了解多種碳碳加工方法 2

1. 直熱式化學氣相滲透(HCVI)法

       沈陽金屬所湯素芳等在FCVI的基礎上，通過 電磁交變電場增加反應過程中氣體中間產物的活性與碰撞幾率，發(fā)明了HCVI方法，提升了反應速率，使 小尺寸樣品僅需20h就可達到1.7g/cm3。  

2. 液相浸漬法研究進展

       液相前驅體(瀝青、樹脂等)中瀝青浸漬液的碳轉化率較高，制備的C/C復合材料易石墨化，抗燒蝕和熱震性能好。樹脂浸漬液制備的C/C復合材料雖然密 度較低，但強度高，耐酸堿性強。液相浸漬技術相比CVI技術優(yōu)點在于碳基體硬度高、耐腐蝕、成本低、周期短、適用于制備大型樣件，缺點在于設備強度要求高、工藝復雜，需要反復浸漬、體積收縮大。

      液相浸漬工藝分為低壓浸漬碳化(PIC)法和高壓浸漬碳化(HPIC)法。研究表明，低壓時，瀝青碳轉化率僅為50%左右，但在100MPa 高壓浸漬下，碳轉化率可達90%。因此高壓浸漬碳化不僅可以提升原料 的利用率，還可以提升致密化效率。高壓浸漬制備周期短，但設備復雜，成本高。哈爾濱工業(yè)大學蔣文強 等采用液相浸漬與真空熱壓燒結相結合方法，解決了傳統(tǒng)液相浸漬法制備周期長、彎曲性能較低等問題，其研究了原料比例以及浸漬溫度對復合材料性能的影 響，最終獲得了密度達到1.75g/cm3，最大彎曲強度可達383MPa的C/C復合材料。

      西北工業(yè)大學開發(fā)了超高壓成形工藝，該工藝利用普通壓力機施壓，可大幅度提高浸漬效率，獲得與熱等靜壓相近的浸漬碳化效果。目前應用最多的方法為真空壓力浸漬(VPI) 法，通過抽真空使浸漬液在負壓的作用下充分浸潤碳纖維預制體，之后施加高溫高壓使前驅體碳化生成碳基體。該方法浸漬效率高，十分有利于前驅體碳化與固化。

壓力浸漬法通常用于高密度耐燒蝕 C/C 復合材料，而對力學性能要求較高的C/C復合材料制備方法則首選CVI工藝。

3. CLVI 法

      CLVI法是將預制體浸滲在液烴中，通過液烴在高溫下的蒸發(fā)降低預制體外側溫度，實現從內而外的溫度差，使前驅體首先在內測高溫區(qū)沉積然后逐漸向外側推移，完成致密化的過程。該方法與等溫CVI相比：預制體始終浸滲在前驅體中，內側溫度高、氣體濃度高，縮短了浸滲與擴散的路徑；反應中的溫度差、氣 體的循環(huán)對流減弱了擴散對反應的限制，大幅提升了沉積效率。

     張曉虎等通過該方法制備小尺寸C/C復 合材料，僅需3h材料密度可達1.7 g/cm3，沉積效率 相比等溫CVI提升了近百倍。2006年，西安交通大學王繼平等開發(fā)了CLVI雙熱源加熱法，該方法解決了CLVI方法預制體外側溫度較低、沉積延遲的問題，以煤油為前驅體，沉積3h后復合材料密度約為1.72 g/cm3。

4. CVI法研究進展

     由于CVI法制備過程可精確控制，產品性能優(yōu)異，是當前國內實驗室及工業(yè)化生產中應用最早和最廣的方法。但該方法制備效率低、周期長、成本高。因此在近二十年內，國內C/C復合材料研究者不斷改進并開發(fā)新的CVI技術，使其成本與周期大大降低，極大滿足了我國在軍工及民用領域的需求。21世紀后，經過對傳統(tǒng)等溫CVI法、熱梯度CVI法以及壓差CVI法等工藝的改進、創(chuàng)新，我國開發(fā)了一系列新型CVI技術，主要有：

5. 限域變溫強制流動化學氣相滲透(LTCVI)法

    在FCVI工藝基礎上，西北工業(yè)大學侯向輝等在此基礎上提出LTCVI 法，通過有限區(qū)域遞進控溫方式改進原始熱梯度加熱方法，實現前驅體的強制流動，達到材料密度均勻的目的，該方法能夠在80~100h內使材料密度達到1.70g/cm3。陳強等在FCVI基礎上，通過增加脈沖電磁閥，周期性控制樣件背壓，使 FCVI 法中穩(wěn)定流動的氣流變?yōu)槊}沖流動，增加了前驅 體在預制體中的滲透性，解決了FCVI法中由于熱端 面優(yōu)先沉積產生的氣流阻塞現象，該方法可在100h內使C/C復合材料密度達到1.70g/cm3。

    中南大學張福勤等通過改良壓力梯度CVI的爐體，利用中心加熱源實現熱梯度與壓力梯度相結合，可快速沉積C/C復合材料盤狀部件，在60h內可使密度達到1.52g/cm3，該方法沉積效率較高，適用于大批量盤狀構件的沉積。更多碳碳復合材料信息可查看http://www.bisic.cn