第二屆碳/碳復(fù)合材料論壇12月13-15日與你相約上海
碳/碳復(fù)合材料是以碳纖維及其織物為增強體，熱解碳或瀝青碳等碳質(zhì)材料為基體，通過一定的工藝復(fù)合而成的全碳質(zhì)多相固體材料。碳/碳復(fù)合材料具有很多非常優(yōu)異的性能，尤其是高溫時表現(xiàn)較為突出，因此，在航空航天、光伏、核工業(yè)、醫(yī)用材料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
碳/碳復(fù)合材料的制備工藝主要包括了三個基本步驟：預(yù)制體成型、預(yù)制體致密化和石墨化處理。
預(yù)制體成型是制備碳/碳復(fù)合材料的前提。目前常用的預(yù)制體成型方法主要有短纖維模壓、長纖維織物疊層和多維編織/穿刺。
TS飛機碳剎車預(yù)制件
圖片來源：江蘇天鳥高新技術(shù)股份有限公司
預(yù)制體致密化是制備碳/碳復(fù)合材料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有達(dá)到一定密度的碳/碳復(fù)合材料才能具有良好的力學(xué)性能。目前碳/碳復(fù)合材料的致密化工藝可分為四種:第一種為液相浸漬-碳化(LIC)工藝,第二種為化學(xué)氣相沉積(CVI)工藝，第三種為液相氣化沉積(CLVI)工藝，第四種為 CVI與 LIC 復(fù)合工藝。
石墨化處理是通過高溫(1800~2800 ℃)將熱力學(xué)非穩(wěn)定態(tài)的碳材料轉(zhuǎn)變成穩(wěn)態(tài)的石墨的過程。
不同致密化工藝優(yōu)缺點對比
圖片來源：劉俊峰，高效制備碳/碳復(fù)合材料的思考
化學(xué)氣相沉積工藝優(yōu)點是工藝簡單、增密的程度便于精確控制、不損傷纖維、可與其他致密化工藝一起使用，缺點是制備周期太長、生產(chǎn)效率較低。
影響碳/碳復(fù)合材料性能的有如下幾個方面：
碳纖維的種類
碳纖維的編織方式和編織密度
基體的增密形式和密度
碳纖維和基體的界面結(jié)構(gòu)
化學(xué)氣相沉積熱解炭的方式和織構(gòu)
石墨化工藝
表面涂層情況
化學(xué)氣相沉積(CVI)是制造高性能碳/碳復(fù)合材料的關(guān)鍵工序。提高增密速度、熱解炭結(jié)構(gòu)的多樣化和材料的抗氧化是當(dāng)前制備碳/碳復(fù)合材料的三大難點課題。發(fā)達(dá)國家競相投巨資研究開發(fā)快速 CVI工藝，除了工業(yè)化程度較高的等溫CVI之外，還研發(fā)了熱梯度CVI、壓差CVI、液相氣化滲透工藝 CLVI強迫流動 CVI、脈沖CVI等。其中美國達(dá)信公司開發(fā)的 CLVI工藝，把致密時間減少到原來的1%;美國佐治亞理工大學(xué)在美國空軍支持下開發(fā)的FCVI工藝，在8~12h 內(nèi)制備出空隙率僅為7%的碳/碳復(fù)合材料。對制備碳/碳 復(fù)合材料作了有益的探索。
化學(xué)氣相沉積工藝是獲得高性能碳/碳復(fù)合材料的關(guān)鍵，界面結(jié)構(gòu)和織構(gòu)對碳/碳復(fù)合材料的性能影響非常大，而且化學(xué)氣相沉積速度非常慢，對材料價格影響大，因此研究化學(xué)氣相沉積機理，可以促進(jìn)快速化學(xué)氣相沉積制備，獲得高性能碳/碳復(fù)合材料的制備方法。
對于化學(xué)氣相沉積工藝而言，如何減小成型周期，提高生產(chǎn)效率，從而做到快速制備碳/碳復(fù)合材料產(chǎn)品是迫切需要解決的一個難題。
為了更好地了解碳的化學(xué)氣相沉積機理與快速制備碳/碳復(fù)合材料，2021年12月13-15日在上海舉行的“Carbontech第二屆碳/碳復(fù)合材料論壇” 特邀 中南大學(xué)黃啟忠教授 蒞臨本次大會，分享《碳的化學(xué)氣相沉積機理與快速制備碳/碳復(fù)合材料》主題報告。
黃啟忠，中南大學(xué)二級教授、博導(dǎo)，國務(wù)院政府津貼獲得者，國家航天技術(shù)專家組成員，是《Journal of Materials Science & Technology》《新型炭材料》《高科技纖維與應(yīng)用》雜志編委，《炭素技術(shù)》《炭素》雜志編委會副主任；中國復(fù)合材料學(xué)會常務(wù)理事，中國金屬學(xué)會炭素分會副主任委員，中國電工技術(shù)學(xué)會碳石墨材料專業(yè)委員會副主任；在國內(nèi)外發(fā)表論文200余篇，出版了專著《高性能炭/炭復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用》和譯著《新一代航空航天熱結(jié)構(gòu)與材料》，獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎等7項科技成果獎勵；近年來主持了國家重大科技專項、國家973、國家863、國家支撐、國家重點基礎(chǔ)研究、國家自然科學(xué)基金重點項目等國家級項目20多項，解決了多項國家急需。
主要研究領(lǐng)域：炭的化學(xué)氣相沉積與新炭材料；炭/炭復(fù)合材料；航天耐燒蝕炭/炭復(fù)合材料；燃料電池炭紙。
