胡健明，梁运兴，李 鹏，张 诚

（江苏天鸟高新技术股份有限公司，江苏 宜兴 214205）

C/C复合材料凭借优异的性能成为一种高性能新型材料，被广泛应用于航空航天领域。制备C/C复合材料的化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltration，CVI）工艺是目前国内外的研究热点之一。碳纤维预制体是C/C复合材料的增强骨架，不仅决定了C/C复合材料的结构和形状，而且会影响基体炭的制备和最终复合材料的性能[1]。

叠层针刺工艺主要以短纤维网胎、连续长纤维基布为原材料，通过刺针往复运动，将短纤维由平面方向迁移至垂直方向，并通过叠层累加，形成具有层间连接结构的三维预制体[2]，见图1。

图1 针刺预制体制备过程示意

由于针刺预制体结构中分布有短纤维网胎，叠层针刺碳纤维预制体各向同性好，垂直方向导热和层间性能也较好，是理想的C/C复合材料增强体[3]。传统的均匀结构针刺碳纤维预制体经CVI沉积过程制备C/C复合材料时，容易产生瓶颈效应，后期致密化速度慢，预制体表面沉积较快，易形成闭孔，需要在沉积一定时间后通过机加工消除这种缺陷，导致制备周期长、成本高。随后，变结构（或称“三明治”型预制体结构）在底层和顶层设计低体积密度层，预制体表面孔隙率增大使CVI致密化过程表面状态良好，可继续增密，同时缩短了CVI生产周期，降低了生产成本[4]。但是，变结构针刺碳纤维预制体性能研究未见报道。因此，本研究探索了变结构和均匀结构针刺碳纤维预制体的平面和Z向力学性能，为针刺成型工艺技术的设计与优化、C/C复合材料的设计与应用提供参考和依据。……