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单向C/C复合材料作为功能材料在沿炭纤维方向具有高取向、高导热特性,但是其层间力学性能差,纤维与基体结合差,制造加工周期长,造成了其在各个领域的应用受到限制。如何设计工艺,缩短制备周期,以期制备得到高界面结合性能,高石墨化度、力学性能较好的单向C/C复合材料具有重要的意义。
本文采用低温热模压工艺为制备工艺,研究了模压工艺、炭化工艺参数对单向C/C复合材料的影响,以及利用X-射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对单向C/C复合材料的石墨化度进行了表征,分析了在900℃内单向C/C复合材料的石墨化度对吸收峰的影响。并通过对单向C/C复合材料层间拉力强度的表征,研究了材料的层间结合性能。
在单向C/C复合材料的制备过程中得出最优模压工艺参数:350℃到550℃升温8-10h,同时在450℃加压44MPa,模压终温550℃,模压制品炭纤维含量为60%,厚度为18mm。模压制品再经过炭化、等静压浸渍、石墨化得到致密的石墨化单向C/C复合材料。采用X-射线衍射(XRD)对单向C/C复合材料的石墨化度进行了表征,结果表明中间相沥青基炭纤维与中间相沥青复合材料的石墨化度明显高于PAN基炭纤维复合材料,同时石墨化的P25/MP的石墨化度达到82.56%。而石墨化度越大,其材料的石墨结构越完整,在900℃内,材料在DSC曲线上放热峰的峰值和热焓越大。通过对材料层间力学性能的表征,表明PAN基炭纤维复合材料的层间拉力强度(ILTS)受纤维含量、前驱体种类、添加剂、炭纤维表面处理等的影响。改变基体炭为中温沥青、中间相沥青.洗油溶液涂覆炭纤维、添加适量的天然鳞片石墨以及乙烯焦油等均增强了单向C/C复合材料的层间拉力强度。