了解多种碳碳加工方法 2

1. 直热式化学气相渗透(HCVI)法

       沈阳金属所汤素芳等在FCVI的基础上，通过 电磁交变电场增加反应过程中气体中间产物的活性与碰撞几率，发明了HCVI方法，提升了反应速率，使 小尺寸样品仅需20h就可达到1.7g/cm3。  

2. 液相浸渍法研究进展

       液相前驱体(沥青、树脂等)中沥青浸渍液的碳转化率较高，制备的C/C复合材料易石墨化，抗烧蚀和热震性能好。树脂浸渍液制备的C/C复合材料虽然密 度较低，但强度高，耐酸碱性强。液相浸渍技术相比CVI技术优点在于碳基体硬度高、耐腐蚀、成本低、周期短、适用于制备大型样件，缺点在于设备强度要求高、工艺复杂，需要反复浸渍、体积收缩大。

      液相浸渍工艺分为低压浸渍碳化(PIC)法和高压浸渍碳化(HPIC)法。研究表明，低压时，沥青碳转化率仅为50%左右，但在100MPa 高压浸渍下，碳转化率可达90%。因此高压浸渍碳化不仅可以提升原料 的利用率，还可以提升致密化效率。高压浸渍制备周期短，但设备复杂，成本高。哈尔滨工业大学蒋文强 等采用液相浸渍与真空热压烧结相结合方法，解决了传统液相浸渍法制备周期长、弯曲性能较低等问题，其研究了原料比例以及浸渍温度对复合材料性能的影 响，最终获得了密度达到1.75g/cm3，最大弯曲强度可达383MPa的C/C复合材料。

      西北工业大学开发了超高压成形工艺，该工艺利用普通压力机施压，可大幅度提高浸渍效率，获得与热等静压相近的浸渍碳化效果。目前应用最多的方法为真空压力浸渍(VPI) 法，通过抽真空使浸渍液在负压的作用下充分浸润碳纤维预制体，之后施加高温高压使前驱体碳化生成碳基体。该方法浸渍效率高，十分有利于前驱体碳化与固化。

压力浸渍法通常用于高密度耐烧蚀 C/C 复合材料，而对力学性能要求较高的C/C复合材料制备方法则首选CVI工艺。

3. CLVI 法

      CLVI法是将预制体浸渗在液烃中，通过液烃在高温下的蒸发降低预制体外侧温度，实现从内而外的温度差，使前驱体首先在内测高温区沉积然后逐渐向外侧推移，完成致密化的过程。该方法与等温CVI相比：预制体始终浸渗在前驱体中，内侧温度高、气体浓度高，缩短了浸渗与扩散的路径；反应中的温度差、气 体的循环对流减弱了扩散对反应的限制，大幅提升了沉积效率。

     张晓虎等通过该方法制备小尺寸C/C复 合材料，仅需3h材料密度可达1.7 g/cm3，沉积效率 相比等温CVI提升了近百倍。2006年，西安交通大学王继平等开发了CLVI双热源加热法，该方法解决了CLVI方法预制体外侧温度较低、沉积延迟的问题，以煤油为前驱体，沉积3h后复合材料密度约为1.72 g/cm3。

4. CVI法研究进展

     由于CVI法制备过程可精确控制，产品性能优异，是当前国内实验室及工业化生产中应用最早和最广的方法。但该方法制备效率低、周期长、成本高。因此在近二十年内，国内C/C复合材料研究者不断改进并开发新的CVI技术，使其成本与周期大大降低，极大满足了我国在军工及民用领域的需求。21世纪后，经过对传统等温CVI法、热梯度CVI法以及压差CVI法等工艺的改进、创新，我国开发了一系列新型CVI技术，主要有：

5. 限域变温强制流动化学气相渗透(LTCVI)法

    在FCVI工艺基础上，西北工业大学侯向辉等在此基础上提出LTCVI 法，通过有限区域递进控温方式改进原始热梯度加热方法，实现前驱体的强制流动，达到材料密度均匀的目的，该方法能够在80~100h内使材料密度达到1.70g/cm3。陈强等在FCVI基础上，通过增加脉冲电磁阀，周期性控制样件背压，使 FCVI 法中稳定流动的气流变为脉冲流动，增加了前驱 体在预制体中的渗透性，解决了FCVI法中由于热端 面优先沉积产生的气流阻塞现象，该方法可在100h内使C/C复合材料密度达到1.70g/cm3。

    中南大学张福勤等通过改良压力梯度CVI的炉体，利用中心加热源实现热梯度与压力梯度相结合，可快速沉积C/C复合材料盘状部件，在60h内可使密度达到1.52g/cm3，该方法沉积效率较高，适用于大批量盘状构件的沉积。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.tqtf008.top