供稿人:彭鋼 發(fā)布日期：2017-07-04
C/C復(fù)合材料由于優(yōu)異的耐高溫性能、低密度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，在航空航天、內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用，是唯一能在2000℃以上依舊保持高溫強(qiáng)度的工程材料。基于其中碳纖維(CF)類型的不同,C/C復(fù)合材料可分為連續(xù)纖維增強(qiáng)和短切纖維增強(qiáng)C/C復(fù)合材料。前者在近數(shù)十年中得到快速發(fā)展、應(yīng)用，然而其制備手段依舊基于傳統(tǒng)的纖維布編織方法，具有過程復(fù)雜、工藝要求高等不足。短切碳纖維C/C復(fù)合材料雖然在綜合性能上不如前者，但工藝流程簡(jiǎn)便，材料回收利用率高，具有較高的實(shí)用性。而當(dāng)面對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用，傳統(tǒng)短切碳纖維C/C復(fù)合材料工藝難以實(shí)現(xiàn)高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速成形，3D打印技術(shù)為此提供了一種可靠的途徑。
中南大學(xué)的研究者Yi Xu等人通過選區(qū)激光燒結(jié)工藝(SLS)制備了短纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料前驅(qū)體，并結(jié)合化學(xué)氣相滲透法經(jīng)1100℃處理，成功獲得高強(qiáng)度C/C復(fù)合材料，其工藝過程如圖1。
圖1 C/C復(fù)合材料制備流程
在較高的放大倍數(shù)下可以看出熱解碳基體與纖維之間的界面結(jié)合優(yōu)異，復(fù)合材料的強(qiáng)度相比于無纖維增強(qiáng)提升了200%以上。最終通過以上工藝成形具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能件，如圖3所示。
圖2 復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)a)b)c)電鏡圖片d)偏光顯微圖
圖3 a)b)實(shí)體模型 c)d)CAD模型
3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了材料結(jié)構(gòu)和功能的一體化設(shè)計(jì)，未來可用于高精度、高性能、復(fù)雜C/C復(fù)合材料零件的生產(chǎn)。