ICVI工艺参数对碳/碳复合材料快速均匀致密化的影响

王梦千, 贾林涛, 刘瑶瑶, 茅思佳, 朱 界, 李爱军,2, 彭雨晴, 李照谦

(1.上海大学 材料科学与工程学院 材料研究所，上海 200444；2.上海大学 绍兴研究院， 浙江 绍兴 312000；3.上海航天设备制造厂，上海 201100)

碳/碳(C/C)复合材料是一种以碳纤维或其织物/编织物为增强相，以化学气相渗透(CVI)或液相浸渍裂解(PIP)工艺制备的热解碳或树脂碳为基体所组成的纯碳相复合材料，是结构-功能一体化的新型材料，具有高比强度、高比模量、高导热系数、低热膨胀系数、良好的抗热震性能、优异的摩擦磨损性能和耐热冲击性能的特点，在航空航天、生物医学、机械制造、交通运输和化工等领域具有广阔的应用前景[1-9]。

目前，国内外发展比较成熟的C/C复合材料制备工艺主要是等温化学气相渗透(ICVI)工艺和PIP工艺[10-11]。采用PIP工艺时，由于树脂碳密度比较低，为了保证C/C复合材料的致密化效果和最终的致密度，需要多次重复浸渍裂解过程，致使制备周期较长，且浸渍效果受到纤维预制体的厚度和结构的影响[12-14]。

与PIP工艺相比， ICVI工艺可以精确控制工艺条件，反应生成的气相分子可以渗透到预制体内部孔隙中原位生成热解碳，所制备的热解碳基体具有结构均匀、完整、致密性好、石墨化程度高等优点，被认为是最具潜力的C/C复合材料制备工艺[15]。ICVI工艺条件的控制决定了预制体的致密化速率、热解碳微观结构和C/C复合材料的性能，影响着C/C复合材料的气相反应、气体扩散和表面反应等过程[16-18]。据了解，利用国内市场上现有的ICVI工艺方法易导致预制体表面发生封孔，C/C复合材料生产过程中需要反复机加去皮后再沉积，沉积周期长、生产成本高、质量稳定性差，对C/C复合材料规模化生产造成了很大的难题[19]。……