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本文选用碳毡为增强体,液态烃为前驱体,采用自行设计的快速化学液相沉积工艺(RCLD)制备C<,f>/C材料;研究了不同密度的毡体和不同的沉积时间对C<,F>/C材料密度及结构的影响.结果表明:基体碳围绕纤维呈同心圆层状排列,层数的多少和厚度与毡体的密度有关,碳纤维之间依靠基体碳连接.C<,f>/C材料的密度与沉积时间有关,对于密度为0.12g/cm<3>的毡体预制体,4h之前,材料密度增长较快,4h～5h之间,材料密度增长很小,5h～6h之间,材料的密度基本保持不变;对于密度为0.58g/cm<3>的毡体预制体,4h之前,材料密度增长较快,4h～5h之间,材料密度增长开始变慢,5h～6h之间,材料密度基本为一恒定值;对于密度为0.66g/cm<3>的毡体预制体,在3h～6h过程中,材料的密度一直呈增大趋势.C<,f>/C材料的密度与毡体密度有关,在相同的沉积时间下,材料的密度随毡体密度的增加而变小.
测试了C<,f>/C材料的电阻率和肖式硬度,电阻率介于87.5Ω·μm～119.5Ω·μm,平均值为103.5Ω·μm:当毡体密度为0.12g/cm<3>、0.58/cm<3>、0.66g/cm<3>时,C<,f>/C材料的肖式硬度分别为78HSD、90HSD、96HSD.
使用万能材料试验机测量了C<,f>/C材料的抗弯强度和抗压强度,最大值分别为122.51MPa和102.57MPa.通过分析研究了C<,f>/C材料抗弯强度的变化规律以及C<,f>/C材料的弯曲应力-应变曲线特征.SEM观察C<,f>/C材料断面特征,分析了C<,f>/C材料弯曲断裂机制.结果显示,C<,f>/C材料抗弯强度随毡体密度的增加而增大;界面结合能力强的材料呈现脆性断裂特征,界面结合适中的材料出现假塑性效应.
研究了氧化效应对C<,f>/C材料的组织结构和宏观尺度的影响.各温度点下的等温氧化失重曲线均服从线性规律,随着温度的升高,氧化失重率呈增加趋势.结合SEM,分析了毡体密度对C<,f>/C材料氧化微观形貌的影响,研究了毡体密度对C<,f>/C复合材料失重率的影响.研究表明:热解碳更易于被氧化,随着毡体密度的增加,C<,f>/C复合材料的氧化失重率减小,抗氧化性增强.
以C<,f>/C复合材料为预制体进行二次沉积得到C<,f>/C-SiC复合材料,密度最大达1.94g/cm3;开气孔率最大为17.07﹪.研究发现:材料密度越大,其开气孔率越小.利用XRD、SEM及EDS等分析手段研究了C<,f>/C-SiC材料物相形态和分布,结果表明:SiC和碳共沉积到C<,f>/C材料外表面和表层孔隙中.测量了C<,f>/C-SiC材料抗弯强度和抗压强度,C<,f>/C-SiC材料抗弯强度最大为119.54MPa,相比C<,f>/C材料大约降低5﹪～10﹪;抗压强度最大为80.02MPa,相比C<,f>/C材料大约降低10﹪～15﹪.利用热失重、DSC及氧化动力学等分析手段,研究了C<,f>/C-SiC材料在空气中的氧化行为.研究发现,C<,f>C-SiC材料相比C<,f>/C材料其抗氧化性能提高4～5倍.探讨了CC<,f>C-SiC材料抗氧化机理,分析了影响SiC涂层抗氧化行为的因素.结果显示:SiC占据了C<,f>/C材料表层的反应活化点,在高温下被氧化成致密的SiOm<,2>,有效阻碍了氧的扩散氧化作用,使C<,f>C-SiC复合材料的氧化起始温度达到509.1℃.