● 摘要
化学气相渗积法是制备高性能炭/炭复合材料过程中致密预制体的首选方法。目前，在工业领域得到应用的只有等温化学气相渗积工艺。等温化学气相渗积工艺虽具有不受制于预制体的几何形状和易于实现大规模生产的优点。但其沉积周期比较长(800-1000小时)，是导致炭/炭复合材料成本居高不下的重要原因。因此，要提高炭/炭复合材料的竞争力，研发出一种能实现工业化生产的快速致密化工艺是非常必要的。本论文瞄准这一目标，开展了以下几方面的工作。 （1） 采用弱温差压差化学气相渗积工艺制备出性价比高的炭/炭复合材料。设计的弱温差压差化学气相渗积炉具有致密效率高，前驱体气体有效利用率高以及能实现多盘沉积的特点。 （2） 系统研究了沉积工艺参数(如沉积温度、沉积压力、温度梯度、载气等)对炭/炭复合材料致密化行为和热解炭结构的影响。主要讨论了工艺参数对沉积速率以及预制体垂直方向和径向密度分布的影响。通过优化工艺参数，在沉积温度为1075℃，温度梯度为50℃，沉积压力为3kPa，天然气/氢气流量比值为2:1的条件下能制备出均匀的粗糙层结构热解炭。 （3） 研究了弱温差压差工艺致密不同类型预制体的致密特征。实验结果表明：在优化工艺条件下，普通炭毡预制体中生成了粗糙层结构热解炭和各向同性结构热解炭两种不同类型的热解炭；在针刺毡预制体中生成了均匀的粗糙层结构热解炭。造成这一现象的主要原因是针刺毡预制体的纤维体积分数比普通炭毡的高。（4） 在分析实验结果的基础上，提出两种沉积机理模型：气相反应控制沉积机理模型，气-固相表面反应控制沉积机理模型。提出的两种模型可以合理解释沉积工艺参数对热解炭结构的影响。