温度对CLVD致密化工艺中毡基C/C复合材料1性能的影响李远明，王俊（华东理工大学国防材料工程研究所，上海200237）究，揭示了温度在此工艺中的关键作用以及对材料性能的影响在850°C~ 1100C，c/C复合材料的质量增加，表观密度及总孔隙率均随时间呈线性变化；其化学反应的活化能为117. 4k/mol，说明沉积化学反应成为控制反应机制三点弯曲测试表明，C/C复合材料弯曲强度在此区间内随温度升高先增大后减小，弯曲模量却一直减小，这主要是材料中缺陷多少和分布均匀性以及材料微观结构变化造成的。
复合材料具有质轻、耐烧蚀抗热震、高比强度、低膨胀系数等优良性能，近40年来，被广泛应用于火箭喷管、鼻锥再入飞行器的热防护层、卫星受热器和散热器、飞机刹车片及发动机高温构件等航天航空领域然而，其主要制备工艺液态浸渍工艺（LIC）和等温化学气相渗透工艺（CVI）制备周期冗长，成本居高不下，已经严重制约了复合材料的进一步发展为了克服上述不足，各国研究者开展了多种多样的制备工艺研究，例如：温度梯度CVI工艺，强制流动CVI工艺，脉冲CVDf6等工艺，但这些工艺始终无法达到良好的性价比，进而实现工业化近来，一种被称作“Kalamazoo”的快速致密化工艺m（又称化学液气相渗透（CLVD））已逐渐引起人们的注意。
这种工艺简单易行，与等温工艺相比，多孔的预制体内存在的巨大温度梯度形成了一个由内向外移动的致密化前沿。样品中质量与热量传递方向相反，前驱体就地热解因此，此工艺具有高于传统等温CVI工艺1~ 2个数量级的质量沉积速率其致密化过程中存在热解化学反应与通过多孔预制体进行的质量传递间的竞争作用，它决定了热解炭沉积与渗透的机制但所有这些都是因温度而起，所以了解温度在此工艺中的作用已成为关键本文即在此基础上考察了在不同沉积温度下制备的C/C复合材料的一些物理性能变化，并研究了材料的力学性能变化及其微观形貌，借以说明温度在此工艺中扮演的角色2在850C到110（C间，不同温度下C/C材料的表观密度和总孔隙率随时间的变化与C/C材料的质量增加随时间的变化相同，均呈线性关系。
表观密度从1C变化不大，最小值为1. 595g/cm3，最大值为1.681g/cm！这说明沉积温度对C/C材料的表观密度大小影响不大本实验作为预制体的炭毡中炭纤维的体积百分含量在7%左右，含有大量孔隙，为热解炭的沉积提供了良好的沉积场所，因而C/C材料的密度主要由热解炭基体决定在此温度区间，C/C材料总孔隙率最小为9.449%，但是致密化后C/C材料的总孔隙率与沉积温度无明显关系，只是随温度的升高其减小的速率增大某一温度下它的变化随C/C材料表观密度变化而变化，随时间呈线性变化3.2力学性能表2是不同沉积温度下致密后的C/C材料的力学性能数据。表中致密后的C/C复合材料的弯曲强度杨氏模量E，应变数据是五个样品力学性能的平均值。与相对照，各温度下的弯曲强度与C/C材料最终总孔隙率及表观密度没有明显关系杨氏模量，应变值变化规律也是如此，说明C/C材料的力学性能与热解炭的结构有密切关系同时由表中数据可看到，弯曲强度在850C~110C间先增加，到1OO0C达最大值，而后减小。杨氏模量和应变变化则不尽相同前者由850°C~11O0C逐渐减小，后者则正好相反，由850°C到1 100°C逐渐增力口。可清楚地反应这一点。
不同温度下致密后的C /C材料力学性能数据850C~1100C制备的炭/炭复合材料力学性能温度关系给出了各沉积温度下C/C材料的应力一应变71994-2014ChinaAcademic的力学性能与组成材料晶体完整性的差异以及材料存在的缺陷（孔洞，裂纹，错位等）有密切关系850C时，煤油裂解生成热解炭速率较慢，热解炭沉积的比较松软，致使C/C材料中存在较多缺陷，因而C/C材料在此温度下强度较低随着温度的升高，热解炭生成速率加快，沉积均匀性较好，材料中缺陷逐渐减少，因而C/C材料强度逐渐变大但是，随着沉积温度的进一步提高，热解炭大量生成并很快沉积在外部区域，这又使得热解碳不能很均匀的沉积，内部形成较多缺陷，致使材料强度再次下降1100C时，材料强度下降较大即是此原因造成的。煤油是一种由多种组分构成的混合物较低温度裂解时，其中低沸点组分（原有组分和后来生成的组分）首先裂解生成的热解炭具有较多的光滑层结构，随着沉积温度的提高，粗糙层结构的热解炭逐渐增力P.粗糙层结构的C/C材料很易石墨化，越易石墨化的材料的模量越低，因而在850C~110（C间随着材料易石墨化程度增加其模量渐小。至于应变的变化则是对应着材料的强度和模量变化而变化的。
不同温度下制备炭炭复合材料应力-应变曲线从图中可看出在此温度区间中的断裂模式大体上呈现脆性断裂模式由于实验采用的预制体是炭毡，其中炭纤维的体积百分数很低（6% ~7%），因而C/C材料的力学性能主要决定于生成的热解炭基体。外力作用下，裂纹首先在基体中引发，并传递到纤维基体界面，由于纤维和基体作用较强，断裂能无法释放，外力施加在阻碍它的纤维上，纤维的弹性性能较好，延迟了裂纹进一步扩展C/C材料的应力-应变曲线上都有一个小平台就是这一点造成的。
外力继续增加，纤维断裂，裂纹继续在基体中扩展，直至C/C材料完全断裂3.3断口分析是不同温度下C/C材料断口形貌从这四个样品的断口形貌图中可看到：850°C 90（C样品的形貌相类似，纤维径向沉积了很多热解炭，纤维间也有较多沉积炭但是其中仍有许多孔洞，而且孔洞直径较大，分布不很均匀特别是900C样品，其最大孔洞直径约为30饮m1100C样品中尽管沉积炭也都以纤维为中心轴沉积，但均长大不够，使得纤维形状仍清晰可见，纤维间没有什么炭基体。所以三点弯曲测试中此样品弯曲强度最差，850°C90（C样品的强度稍高1000C样品中纤维的界限已经不是很明显，样品中孔洞较少，分布也较均匀，其孔洞最大直径只有4（Fm左右这样进行力学测试时，其强度最大也就不足为奇。另外从各图中纤维断口来看，各断口均很平整，光滑，这也说明了各样品的断裂模式均不同温度样品三点弯曲测试后的断口SEM结论在以煤油为前驱体，采用CLVD快速致密化工艺致密C/C复合材料中，沉积温度是一个举足轻重的因素。
它的变化决定着材料各种性能C/C复合材料在850°C~1100C间质量增加速率，表观密度，总孔隙率均随时间呈线性变化1100C内，随着沉积温度的提高，毡体致密化速率越来越快，最高达4. 041g/min其反应机制不再是传统化学气相渗透工艺的气体扩散控制机制，而是沉积化学反应控制机制1100C间样品弯曲强度先增大后减小，弯曲模量则一直减小。这转45页）下：主要仪器与试剂仪器分光光度计主要试剂：柠檬酸铵溶液：50%聚乙烯醇溶液：0. 1），低温加热溶解，滴加硝酸氧化，煮沸，驱尽氮氧化物，冷却后移入250ml容量瓶中，用水稀至刻度，摇匀。
分别取10l0ml试液两份于50ml容量瓶中，如下操作：显色溶液：加50ml柠檬酸铵溶液，10ml聚乙烯醇溶液，15ml氨水，10mlDDTC溶液，用水稀至刻度，摇匀参比溶液：操作同显色溶液，只是不加DDTC溶液。
于分光光度计460nm波长处测量吸光度，从工作曲线上求得分析结果工作曲线的绘制：称取不同含铜量之标准试样数份，按分析步骤进行操作，测其吸光值，以铜含量为横坐标，以吸光值为纵坐标，绘制工作曲线。
本方法适用于铅基锡基合金中铜的测定，也可以测定浸金属炭制品中铜的含量（接28页）主要由样品中的缺陷多少和分布及材料微观结构变化决定的不同温度样品断口形貌分析证实了此温度区间获得的样品断裂模式均为脆性断裂热解炭沉积模式均是以纤维为中心轴的径向沉积模式
