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金虫 (小有名气)


[交流] 黄启忠教授带你了解碳的化学气相沉积机理与快速制备碳/碳复合材料

第二届碳/碳复合材料论坛12月13-15日与你相约上海



碳/碳复合材料



碳/碳复合材料是以碳纤维及其织物为增强体,热解碳或沥青碳等碳质材料为基体,通过一定的工艺复合而成的全碳质多相固体材料。碳/碳复合材料具有很多非常优异的性能,尤其是高温时表现较为突出,因此,在航空航天、光伏、核工业、医用材料等领域广泛应用。

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炭刹车盘副,图片来源:优材百慕





碳/碳复合材料的制备工艺



碳/碳复合材料的制备工艺主要包括了三个基本步骤:预制体成型、预制体致密化和石墨化处理。



预制体成型是制备碳/碳复合材料的前提。目前常用的预制体成型方法主要有短纤维模压、长纤维织物叠层和多维编织/穿刺。



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预制体成型步骤,图片来源:金博股份招股书



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TS飞机碳刹车预制件

图片来源:江苏天鸟高新技术股份有限公司



预制体致密化是制备碳/碳复合材料的关键环节,只有达到一定密度的碳/碳复合材料才能具有良好的力学性能。目前碳/碳复合材料的致密化工艺可分为四种:第一种为液相浸渍-碳化(LIC)工艺,第二种为化学气相沉积(CVI)工艺,第三种为液相气化沉积(CLVI)工艺,第四种为 CVI与 LIC 复合工艺。



石墨化处理是通过高温(1800~2800 ℃)将热力学非稳定态的碳材料转变成稳态的石墨的过程。



不同预制体致密化工艺对比



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不同致密化工艺优缺点对比

图片来源:刘俊峰,高效制备碳/碳复合材料的思考



化学气相沉积工艺优点是工艺简单、增密的程度便于精确控制、不损伤纤维、可与其他致密化工艺一起使用,缺点是制备周期太长、生产效率较低。



影响碳/碳复合材料性能的关键



影响碳/碳复合材料性能的有如下几个方面:

碳纤维的种类

碳纤维的编织方式和编织密度

基体的增密形式和密度

碳纤维和基体的界面结构

化学气相沉积热解炭的方式和织构

石墨化工艺

表面涂层情况



快速制备碳/碳复合材料



化学气相沉积(CVI)是制造高性能碳/碳复合材料的关键工序。提高增密速度、热解炭结构的多样化和材料的抗氧化是当前制备碳/碳复合材料的三大难点课题。发达国家竞相投巨资研究开发快速 CVI工艺,除了工业化程度较高的等温CVI之外,还研发了热梯度CVI、压差CVI、液相气化渗透工艺 CLVI强迫流动 CVI、脉冲CVI等。其中美国达信公司开发的 CLVI工艺,把致密时间减少到原来的1%;美国佐治亚理工大学在美国空军支持下开发的FCVI工艺,在8~12h 内制备出空隙率仅为7%的碳/碳复合材料。对制备碳/碳 复合材料作了有益的探索。



化学气相沉积工艺是获得高性能碳/碳复合材料的关键,界面结构和织构对碳/碳复合材料的性能影响非常大,而且化学气相沉积速度非常慢,对材料价格影响大,因此研究化学气相沉积机理,可以促进快速化学气相沉积制备,获得高性能碳/碳复合材料的制备方法。



对于化学气相沉积工艺而言,如何减小成型周期,提高生产效率,从而做到快速制备碳/碳复合材料产品是迫切需要解决的一个难题。







为了更好地了解碳的化学气相沉积机理与快速制备碳/碳复合材料,2021年12月13-15日在上海举行的“Carbontech第二届碳/碳复合材料论坛” 特邀 中南大学黄启忠教授 莅临本次大会,分享《碳的化学气相沉积机理与快速制备碳/碳复合材料》主题报告。



专家介绍



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黄启忠,中南大学二级教授、博导,国务院政府津贴获得者,国家航天技术专家组成员,是《Journal of Materials Science & Technology》《新型炭材料》《高科技纤维与应用》杂志编委,《炭素技术》《炭素》杂志编委会副主任;中国复合材料学会常务理事,中国金属学会炭素分会副主任委员,中国电工技术学会碳石墨材料专业委员会副主任;在国内外发表论文200余篇,出版了专著《高性能炭/炭复合材料的制备、结构与应用》和译著《新一代航空航天热结构与材料》,获得国家技术发明一等奖等7项科技成果奖励;近年来主持了国家重大科技专项、国家973、国家863、国家支撑、国家重点基础研究、国家自然科学基金重点项目等国家级项目20多项,解决了多项国家急需。



主要研究领域:炭的化学气相沉积与新炭材料;炭/炭复合材料;航天耐烧蚀炭/炭复合材料;燃料电池炭纸。
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科研小白up

新虫 (初入文坛)



442629613(金币+1): 谢谢参与
有没有人知道热解炭直接的键合方式是什么?共价键还是分子键

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7楼2021-12-07 15:37:15
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tzynew2楼
2021-11-15 10:10   回复  
442629613(金币+1): 谢谢参与
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nono20093楼
2021-11-15 12:51   回复  
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2021-11-15 23:13   回复  
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2021-11-16 08:57   回复  
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2021-11-17 12:33   回复  
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bjdxyxy8楼
2021-12-07 17:03   回复  
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