發(fā)布時(shí)間：2021-08-07 04:18

　　以PAN基炭纖維無(wú)緯布為主體,與短切網(wǎng)胎纖維交互疊層制備準(zhǔn)單向纖維排布環(huán)形炭預(yù)制體,然后采用等溫化學(xué)氣相滲透工藝,在丙烯與氮?dú)夥謮罕葹?.2:1,系統(tǒng)壓力為1.5 kPa的條件下進(jìn)行增密,制備準(zhǔn)單向纖維排布環(huán)形C/C復(fù)合材料,研究氣相滲透溫度對(duì)增密效率的影響,并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行組織觀察與導(dǎo)電導(dǎo)熱性能測(cè)試。結(jié)果表明:在980℃溫度下化學(xué)氣相滲透效率最高,480 h后獲得密度為1.84 g/cm³、孔隙率為6.4%的準(zhǔn)單向纖維排布C/C復(fù)合材料;準(zhǔn)單向纖維排布環(huán)形C/C復(fù)合材料沿軸向方向具有高纖維取向,并且材料沿軸向具有較高的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能,其電阻率為20.3μ?·m,熱導(dǎo)率為72.8 W/（m·K）。熱解炭組織為高織構(gòu)粗糙層,熱解炭生長(zhǎng)良好,石墨化度為60.1%。 

【文章來(lái)源】：粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2017,22(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

炭纖維排布方式示意圖

牧系鬧?備，所得材料的基體熱解炭結(jié)構(gòu)與碳源氣體、溫度和壓力等工藝條件有關(guān)[611]，并且化學(xué)氣相滲透溫度和炭纖維預(yù)制體的纖維排布方式對(duì)氣相增密的速率與材料密度具有重要影響[1214]。本文采用無(wú)緯布和網(wǎng)胎疊層針刺法制備炭纖維環(huán)形預(yù)制體，采用化學(xué)氣相滲透法制備準(zhǔn)單向纖維排布C/C復(fù)合材料，研究化學(xué)氣相滲透溫度對(duì)該復(fù)合材料組織與性能的影響，為制備環(huán)形C/C復(fù)合陰極材料提供理論與實(shí)踐基矗1實(shí)驗(yàn)1.1預(yù)制體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以PAN基炭纖維無(wú)緯布為主體，與短切網(wǎng)胎纖維交互疊層(纖維排布方式如圖1所示)，制備成圖2所示的環(huán)形預(yù)制體。其中，無(wú)緯布的單向長(zhǎng)纖維沿軸向排列，網(wǎng)胎層的短纖維也大部分沿軸向排列，控制網(wǎng)胎纖維層的體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)10%，以滿足C/C復(fù)合環(huán)形陰極材料對(duì)纖維的高取向性要求。網(wǎng)胎層的存在有利于預(yù)制體成形，同時(shí)也避免因炭纖維無(wú)緯布排列過(guò)密而堵塞化學(xué)氣相滲透過(guò)程中碳源氣體的滲透通道。針刺纖維的存在既能提高無(wú)緯布層間的結(jié)合力，又能為環(huán)狀預(yù)制體的化學(xué)氣相滲透提供徑向滲透通道，提高碳源氣體的滲透率，從而獲得高密度C/C復(fù)合材料。環(huán)形預(yù)制體尺寸(外徑×內(nèi)徑×高)為70mm×10mm×50mm，初始密度約為0.4g/cm3。圖1炭纖維排布方式示意圖Fig.1Diagramofcarbonfiberconfiguration圖2環(huán)形C/C復(fù)合材料預(yù)制體示意圖Fig.2AnnularperformofC/Ccomposite1.2化學(xué)氣相滲透采用等溫化學(xué)氣相滲透法對(duì)環(huán)形預(yù)制體進(jìn)行增密。環(huán)形C/C復(fù)合陰極材料的等溫化學(xué)氣相沉積工藝參數(shù)多并且制備周期長(zhǎng)，本文只研究化學(xué)氣相滲透溫度對(duì)增密效率的影響。以丙烯為氣態(tài)前驅(qū)體，用氮?dú)庾鳛橄♂寶怏w，丙烯與氮?dú)獾姆謮罕葹?.2:1，膛壓為1.5kPa。取3組預(yù)制體，分別標(biāo)號(hào)為A，B和C。保持其它工藝條件不變，由于丙烯的裂解?

材料的石墨化度。激光拉曼光譜分析在LabRamHR800型顯微激光拉曼光譜儀上進(jìn)行，分別對(duì)炭纖維和熱解炭進(jìn)行微區(qū)分析。采用He-Ne激光，波長(zhǎng)632.8nm，激光功率20kW/cm2，單晶硅片校準(zhǔn)，微區(qū)尺寸為1μm×1μm，激光束與樣品垂直。在拉曼光譜中，D峰是表征缺陷的峰，位于拉曼位移約1333cm1處。G峰是表征石墨的峰，位于拉曼位移約1584cm1處，用D峰強(qiáng)度與G峰強(qiáng)度的比值R=ID/IG來(lái)表征非石墨化邊界的多少，亦即無(wú)序化度。用下式計(jì)算石墨化度g：g=1exp[2.11(R10.34)](5)2結(jié)果與討論2.1密度和孔隙率圖3所示為化學(xué)氣相滲透完成后獲得的準(zhǔn)單向纖維排布C/C復(fù)合材料實(shí)物圖，其尺寸(外徑×內(nèi)徑×高)為60mm×40mm×40mm。圖4所示為在不同沉積溫度下，材料密度隨沉積時(shí)間的變化曲線。沉積480h后，A，B和C這3組樣品的最終密度分別達(dá)到1.68，1.84和1.74g/cm3，孔隙率分別為14.6%，6.4%和11.3%。由圖4可看出，在不同沉積溫度下，試樣的密度均隨沉積時(shí)間延長(zhǎng)不斷增大，增密速率則隨沉積時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減校在沉積時(shí)間較短(t＜160h)及密度較低時(shí)，溫度越高增密速率越快。在增密后期階段(t＞240h)，1020℃溫度下的沉積速率迅速下降，980℃溫度下沉積的試樣相對(duì)而言增密速率最快且最終密度最高。分析圖4可看出，940℃溫度下需要多次沉積(每次沉積時(shí)間為80h)，密度才能達(dá)到1.80g/cm3；1020℃溫度下由于后期密度增長(zhǎng)緩慢，故最終密度較難達(dá)到1.80g/cm3。因此，總體而言，980℃沉積溫度下的增密效率最高，沉積480h后密度達(dá)到1.84g/cm3，能滿足準(zhǔn)單向纖維排布炭/炭復(fù)合陰極材料的高密度要求。圖3準(zhǔn)單向纖維排布環(huán)形C/C復(fù)合材料Fig.3Annularcarbon/carboncompositeforquasi-unidirectionalfiberconfiguration圖4

【參考文獻(xiàn)】：
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