CLVI制备自增韧C/C复合材料的基础研究

本项目针对C/C复合材料脆性大的难题，提出用化学液气相沉积工艺（CLVI）制备具有自增韧效果的C/C复合材料，即采用催化剂实现在CLVI过程中碳纳米管的原位生长，在预制体增强碳基体的基础上，利用碳纳米管对原位生成的基体碳进行再增韧，从而制备高性能C/C复合材料。系统深入研究催化剂的加入量对C/C复合材料组织类型和力学性能的影响，所生成的碳纳米管在基体碳中的存在形态、分布和形貌特征，碳纳米管、基体碳、催化剂之间的界面相容性，揭示CLVI工艺参数、催化剂加入量与材料力学性能的影响规律，分析碳纳米管的生长机理和增韧机理，为高性能C/C复合材料的制备奠定理论基础。

本项目针对C/C复合材料脆性大的难题，提出用化学液气相沉积工艺（CLVI）制备具有自增韧效果的碳/碳复合材料，即采用催化剂实现在CLVI过程中碳纳米管的原位生长，在预制体增强碳基体的基础上，利用碳纳米管对原位生成的基体碳进行再增韧，从而制备出高性能C/C复合材料。在该基金项目的支持下，完成了项目计划书规定的研究内容，主要包括：研究了催化剂在预制体中分布均匀性问题，考察了适宜于原位生长碳纳米管的液相沉积工艺温度和催化剂含量对原位生长出的碳纳米管的形貌的影响问题，探讨了液相环境下碳纳米管的生长机理；系统研究了催化剂加载前后、液相沉积温度对所制备碳/碳复合材料试样微观组织结构、致密化过程及密度均匀性的影响规律；获得了液相沉积温度和催化剂含量对所制备碳/碳复合材料试样力学性能的影响规律；揭示了催化剂引入对液相沉积热解碳基体的影响机理，为进一步制备弯曲性能高、假塑性好的高性能C/C复合材料奠定实验和理论基础。本项目优化出在液相沉积环境下，碳纳米管的较佳的适宜生长温度为800-900℃、含量0.5-0.8%；在此基础上进行后续热解碳沉积的温度为900-1000℃，所制备的材料弯曲强度提高20%以上。催化剂加入后一方面起到加快初始沉积速率的作用，另外一方面促进了原位碳纳米管的生长，由此进一步起到原位增强和增韧沉积热解碳的作用，导致材料的弯曲性能和假塑性有所提高。. 在该项目的支持下，在Carbon，Materials Science and Engineering A， Vacuum，新型炭材料等国际国内著名期刊发表11篇文章，其中SCI收录文章9篇，EI收录文章11篇。