碳复合材料的制备方法主要包括化学气相沉积法(CVD)和液相浸渍-碳化法。以下是这两种方法的详细步骤和特点:
化学气相沉积法(CVD)
前驱体:烃类气体如CH4、C2H4、天然气等。
过程:在高温下,前驱体发生热解反应,碳以原子或液滴形式沉积在预制体表面或内部空隙中。
特点:
得到性能较好、密度较高的碳/碳复合材料。
设备复杂,制作周期长,材料利用率低(约3%),成本高。
液相浸渍-碳化法
前驱体:热塑性沥青或热固性树脂。
过程:
1. 碳纤维或其织物预先成型为坯体。
2. 坯体浸入液态的浸渍剂(如熔融沥青、树脂浆料)中,通过加压使浸渍剂渗入空隙。
3. 固化处理,然后进行碳化和石墨化处理。
特点:
原料低廉,设备简单,制作周期短。
需要多次浸渍和碳化循环以达到所需密度。
此外,还有以下一些方法:
热压固化法结合浸渍裂解法
过程:
1. 碳纤维织物与树脂浆料接触并进行湿法模压,制成预成型体。
2. 预成型体进行碳化裂解,得到第二预成型体。
3. 多次浸渍裂解,最终进行石墨化处理。
特点:通过多次浸渍和裂解循环,逐步增加材料的密度和强度。
乙醇改性甲烷沉积法
过程:
1. 高温处理碳纤维预制体。
2. 预制体放入沉积炉内,抽真空后引入乙醇蒸汽和甲烷。
3. 控制氮气流量、乙醇消耗速度和甲烷流量,沉积250~550小时。
特点:利用乙醇的热解反应比甲烷慢,降低前驱体的含碳量,使反应易于控制。
这些方法各有优缺点,选择合适的方法取决于具体应用需求和条件。例如,如果需要高密度的碳/碳复合材料且不介意高成本和长周期,CVD法是理想的选择。如果追求低成本和快速制作,液相浸渍-碳化法及其改进方法更为合适。