烧结工艺对无粘结剂CC复合材料性能的影响

　　烧结工艺对无粘结剂C/C复合材料性能的影响刘其城12，徐协文2，周声励3（1.长沙电力学院长沙410077；。中南大学长沙410083；。湖南大学长沙410084）直接影响着制品的最终性能。对此，进行了常压和加压烧结两种工艺制度的比较研究，分析了影响制品性能的主要原因：水分及其他吸附杂质的排出；挥发分逸出；氧化烧损。试验表明：在300-700°c之间保持0. 7-1.7°C/min的慢升温速率加压烧结，可以获得性能优良的无粘结剂C/C复合材料。

　　基金项目：湖南省自然科学基金（98Y2058）和湖南省教委科研基金项目（011050020127）炭纤维增强炭/炭复合材料是正在崛起的一类十分引人注目的新型材料，它可以兼顾炭纤维和基体炭的性能而成为综合性能更为优异的工程结构材料和具有特殊功能的功能材料，烧结是c/c复合材料整个制备工艺过程中最为关键的一个环节。因此，烧结方式和烧结制度是否合理，直接影响着制品最终性能。生石油焦粉作为无粘结剂炭素材料的原料，在本质上可以看成是以挥发分形式存在的粘结剂在分子水平上均匀连续地分布在骨料炭颗粒的周围，从而形成的一种兼有骨2讨论2.1常压烧结遵循炭素材料传统的炭化理论，我们在常压下进行了3种烧结温度制度的比较实验，表1给出了3种烧结温度制度下制品的热处理过程中宏观性能的变化，很明显：快速升温无论是试样的失重率，还是体积收缩率均明显优于慢速升温制度。但失重率则随升温速率和热处理温度的提高而增大，这一方面是由于在快速升温制度下，生焦中的挥发分来不及充分焦化就大量逸出造成析焦量减少4另1方面热处理温度的提高不可表1常压烧结制品热处理过程中宏观性能的变化生坯密度/gcm3熟坯密度/ g/cm3失重率/ 1%收缩率/ %电阻荦pfi 0m强度/ MPa升温时料和粘结剂性能的特殊的炭素原料。因此，原位炭化烧结仍遵循炭素材料传统的炭化理论，小川一太郎等人的试验表明，用纯生焦粉制备炭素材料时，升温速率为300~400°C/h的制品未产生裂纹和变形，相反，升温速率减慢到100°C/h时，制品产生裂纹，升温速率减至25制品出现崩裂现象。对此，我们直接使用尚未最终炭化的生石油焦和预氧丝纤维进行无粘结剂成型，将煅烧和焙烧两道工序合二为一实现坯体整体的原位炭化，研究了常压和加压烧结两种不同烧结工艺制度对无粘结剂C/C复合材料性能的影响。

　　1实验称取一定质量的生石油焦超细粉，加入4. 5%的短纤维和4%的蒸馏水，在自动搅拌机中高速搅拌1h，放入钢模中，以100MPa的压力预成型，再在250MPa的压力下冷等静压制成60mmX6mmX5mm的试样条。

　　1.1常压烧结常压烧结在电炉中进行，以锻后焦和石英砂（：1）为填料，并在填料中加入2%的中温浙青粉以制造还原气氛，外用细石英砂和黄泥密封，结果见和表1. 1.2加压烧结加压烧结在KCE真空气压烧结炉（德国KCE公司制造）中进行，加热到1 100C.其中200C以前为真空，200C以后充Ar保护，压力为8~10 MPa结里见和表2会造成制品氧化烧结加剧，同时还有水分及其他加压烧结合理的升温制度和压力制度Fig.2Thesuitalblecurveofteraprature表2加压烧结炭/炭制品热处理过程中宏观性能的变化Table2Thechangesofpropertiesof生坯密熟坯密度/失重率/收缩率/电阻荦pfi强度/升温时间/h合理的升温制度可以保证生焦制品中挥发分有最大的析焦根据dlic的实验1事实tr结合生blishi表e4）llrightsreserved.由于体积收缩率与热处理温度的关系密切，提高最终热处理温度并适当延长保温时间可以有效提高制品的致密化度。一般认为，生石油焦和PAN基预氧丝转化为实质碳的温度是1 100从烧结的角度看，若以提高制品体积密度为目的，则降低失重率和保证体积收缩充分进行是关键。合理的工艺思想应该是在中温阶段抑制挥发分的逸出，保持并严格控制较慢的升温速率，从而保证挥发分充分缩聚成焦，在高温阶段控制氧化烧损的前提下适当提高热处理温度并延长保温时间以获取最大的体积收缩。在高温下氧化烧损是一个很严重的问题，控制氧化烧损的有效措施是加强烧结体系的密封，并在还原气氛中进行烧结。

　　上述实验中制品体积密度难以显著提高，在很大程度上是受到了氧化烧损所造成的失重率过高的制约，进一步改善实验条件可解决问题。

　　2.2加压绕结1可知，生焦制品在烧结过程中失重的主要原因有：（1）水分及其他吸附杂质的排出；（2）挥发分逸出；（3）氧化烧损。其中杂质原子的排出是生焦制品进行化学结构性调整和致密化所必须的。因此，降低炭化失重率的关键：一是要抑制挥发分的逸出，提高其析焦量；二是要设法减少氧化烧损。从理论上讲，还原性气氛保护、加压烧结和降低升温速率。北京：科技出版社，1984，5丨7丨TZG振动给料机面世bookmark8 TZG系列振动给料机日前在豫面世。它采用两台振动电机作为激振源，在过共振状态下工作，与电磁振动给料机和摆式给料机比较，具有结构简单、重量轻、噪声低、工作可靠、给料能力大、安装维护方便等优点。适用于把块状、颗粒状或粉状物料从贮料仓均匀送到受料装置中，广泛应用于冶金、矿山、煤炭、建材、化工、轻工等行业。