1、C/C復合材料由于其優(yōu)異的性能已被作為一種高性能新型材料，廣泛應用于航天航空領域。制備C/C復合材料的CVI工藝是目前國內外研究的熱點課題之一。 炭纖維預制體的結構對CVI過程中氣體的傳質和C/C復合材料的性能有著重要的影響。在充分了解預制體的孔隙結構對CVI過程中氣體傳質的影響以及預制體結構對C/C復合材料性能的影響的基礎上，根據(jù)不同的應用需要選擇和設計合適的纖維預制體結構以增加致密化速度，降低制備成本和提高材料性能具有重要意

2、義。 本研究采用全網(wǎng)胎針刺、無緯布/網(wǎng)胎針刺、三維細編穿刺三種炭纖維預制體(以下分別用A、B和C代表由這三種預制體制備的復合材料)，通過壓差式CVI工藝方法制備了C/C復合材料，研究了預制體孔隙結構對CVI工藝致密化過程及基體熱解炭微觀結構的影響；同時，測試了材料的彎曲性能、剪切性能和導熱性能，探討了預制體結構對C/C復合材料力學性能和導熱性能的影響。同時建立了三維正交結構、全網(wǎng)胎針刺和無緯布/網(wǎng)胎針刺炭纖維預制體三種炭纖維預制

3、體的孔隙結構幾何模型和CVI工藝過程中氣體流動傳質數(shù)學模型，從理論上研究了預制體的孔隙結構對CVI工藝致密化過程的影響，并對理論計算結果進行了實驗驗證。主要結論如下： (1)預制體的孔隙網(wǎng)絡結構和形狀是決定反應氣體在孔隙中傳質速率和材料最終致密度的主要因素之一。其中，材料A在單位時間內的平均增重率最大，材料B次之，材料C最??；而當材料A和B的致密度隨著基體的沉積達到與材料C相等后，材料B的平均增重率最大，C次之，A最小；材料C的

4、密度始終最大，B次之，A最??； (2)基體熱解炭的結構與預制體孔隙結構無直接關系。材料A內沉積的熱解炭的厚度大于材料B和C；對于材料B和C，網(wǎng)胎層內纖維四周沉積的熱解炭厚度大于無緯布層纖維束之間的熱解炭厚度； (4)復合材料A的彎曲強度和剪切強度均遠低于材料B和C；材料A表現(xiàn)出脆性斷裂的特征，材料B和C表現(xiàn)出較好塑性和韌性，且彎曲斷裂應力-應變曲線和剪切斷裂應力-位移曲線在達到最大值后均呈臺階狀下降，表現(xiàn)出分層斷裂的特征

5、；纖維束拔出、纖維拔出和纖維與基體間界面脫粘等機制有利于提高材料的斷裂韌性； (5)三種復合材料平行方向的導熱系數(shù)差別很小，材料C在垂直方向的導熱系數(shù)小于材料A和B； (6)建立的比滲透率物理模型和數(shù)學模型合理；氣體傳質過程是影響熱解炭沉積速率的主要因素之一；三維正交結構炭纖維預制體的比滲透率隨X、Y和Z三個方向纖維束直徑變化而變化；全網(wǎng)胎針刺炭纖維預制體的比滲透率開始時比較大，當其致密度隨基體的沉積增大到與無緯布/網(wǎng)胎