天然气定向渗透制备C/C复合材料致密化研究①

2012-08-31李瑞珍孙建涛解惠贞

固体火箭技术 2012年6期

庞菲，崔红，李瑞珍，李晋，孙建涛，解惠贞

(西安航天复合材料研究所，西安 710025)

0 引言

C/C复合材料是炭纤维增强炭基体的一类特殊的复合材料，具有耐高温、高比强度、高比模量、高导热、低热膨胀、抗烧蚀、耐磨损、耐热冲击等其他材料无法比拟的优良的性能，已成功地在航天器鼻锥、机翼前缘、固体火箭发动机喉衬及扩张段和飞机刹车片等重要航空航天领域得到广泛应用，并在生物医学、文体用品、卫星通讯等方面也展现了广阔的前景［1］。

化学气相渗透(Chemical vapor infiltration，CVI)工艺对纤维预制体的损伤小，并使材料保持良好的界面相容性和整体性能，是C/C复合材料常用制备方法。C/C复合材料的制备周期长、成本高，一直制约其进一步的应用和发展，特别是大尺寸C/C复合材料的致密化速率非常缓慢，周期长达几百到几千小时。国内CVI工艺常用的碳源气体为丙烯，Becker A［2］研究了丙烯热解炭的沉积。结果表明，在很短的时间(0.1 s)内，丙烯迅速分解形成乙烯、乙炔、甲烷以及热解炭、苯、苯的取代物和更高级的芳香烃，热稳定性低，容易造成材料表面结壳，制备周期长，难以均匀致密化。Benzinger W等［3］对CVI动力学进行研究，认为甲烷是CVI工艺中较理想的烃源，且甲烷的热稳定性高于丙烯［4］，天然气中甲烷含量高价格低廉。因此，以天然气作为CVI的碳源气体，有利于C/C复合材料的快速均匀致密。本文以天然气为主要的碳源气体，研究其定向渗透(渗透深度为60 mm)情况下的致密化特点。