碳碳复合材料表面改性.ppt

碳/ 碳复合材料表面改性;目 录;1、碳/ 碳复合材料简介;2、医用碳/ 碳复合材料表面改性;优点:;限制：;现在生物活性涂层的制备技术很多，主要有以下几种。;等离子喷涂法：采用的热源为压缩电弧，Ar 或 N2作为工作气体，气体进入电极腔的弧状区后被离解成等离子体，高压压缩后呈等离子流高速喷出，中心温度可达 15000 K 以上，载有涂层粉末的气体进入等离子流，使粉末快速融化，高速打在喷涂物质的表面产生塑性变形，冷却后形成涂层。 ;不能在复杂表面上获取均匀的HA 涂层，涂层的覆盖性差 设备复杂，涂层制备的成本高 HA 涂层结合强度低;电化学法：通过电化学反应，将电解液中的钙磷离子从溶液相中结晶析出。 ;优点：操作容易、工艺简单、温度较低、能在复杂的植入物表面形成涂层 缺点：涂层的结合力低，一般在 10 Mpa 以下，低于 34.5 Mpa 的涂层结合力的要求;仿生法：通过直接化学表面处理、增加过渡层或碱热处理法等方法使表面功能化，再放入模拟体液中，从而诱导出羟基磷灰石。 ;优点：涂层可均匀覆盖在材料表面，涂层成分更接近于人体骨无机质，具有较高的生物相容性和骨性结合能力 缺点：内需强度低、涂层结合力低、厚度薄;感应热沉积法：工艺简单，涂层可均匀覆盖在基体表面，解决了碳/碳复合材料基体与HA 涂层间的结合强度难题;倪昕晔等通过梯度化学气相沉积法改变医用碳/碳复合材料表面热解碳的结构分布来提高摩擦性能，解决了医用碳/碳复合材料易磨损的问题，分析了用梯度 CVD 法制备医用碳/碳复合材料表面涂层的微观结构及其耐摩擦机制，同时研究模拟人工股骨头的受力情况和人体工作环境下的摩擦学性能，这种方法对于今后提高碳/碳复合材料人工骨摩擦性能具有很重要的现实意义。 ;图 3.1 梯度的化学气相沉积法（CVD）制备医用碳/碳复合材料表面的制备工艺流程 ;图 3.3 碳/碳复合材料表面和断面形貌（SEM） （a）、（c）、（e）对照组碳/碳复合材料；（b）、（d）、（f）梯度 CVD 法碳/碳复合材料。 ;倪昕晔等在等离子喷涂的基础上，发展了一种制备羟基磷灰石涂层的新工艺—用等离子体预处理碳/碳复合材料，再进行等离子喷涂，涂层的结合强度得到改善。借助扫描电镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、划痕仪等分析手段，探讨等离子体预处理碳/碳复合材料等离子喷涂涂层的形成机理，发现在等离子体预处理后，碳/碳复合材料表面出现活性基团，亦可去除碳纤维周围热解碳表面的缺陷并形成刻蚀凹坑，这些因素有利于提高涂层的结合强度。 ;;图 4.9 羟基磷灰石的涂层扫描电镜形貌(SEM)图 ;3、航空航天用碳/ 碳复合材料表面改性;目前，常用的涂层制备方法主要有: ;包埋法：将C /C 复合材料包埋于待沉积物质或其化合物中，通过高温下待沉积物质熔解向基体内部渗透或基体发生化学反应制备涂层的方法。 ;优点: 过程简单，一般只是一个单一的过程; 涂层制备前后基体材料尺寸变化很小; 涂层和基体间能形成一定的成分梯度，涂层与基体的结合较好。;化学气相沉积法( CVD) ：在一定的温度下，通过反应物的一系列物理化学变化，如分解、合成、扩散、吸附、表面铺展等过程，在基体表面形成涂层。;优点: 制备温度低，可沉积各种元素和化合物的涂层，可使基体材料避免高温加热而造成缺陷或损伤; 所得涂层的化学成分和涂层结构可控。 缺点：CVD 过程难以控制，需在真空或保护气氛下完成，对设备的气密性要求较高。;等离子喷涂法：将粉末原料送入高温等离子火焰，呈熔融或半熔融状态喷向基体，以较快的冷却速度凝固在基体上，粒子呈扁饼状互相机械咬合在一起，形成涂层。;优点：工件尺寸限制小、在大气环境内可以制备较致密涂层、沉积效率高、成本低，涂层比较均匀，厚度可以控制，已广泛被应用于高温热障涂层领域。 缺点：涂层气孔率较高，涂层与基体的界面结合较弱，在高温下热循环时容易剥落或开裂。;许志俊等采用结合包埋法和溶胶凝胶法(sol-gel)在碳/ 碳(C/C)复合材料表面制备了SiC-SiC/TaC 涂层，借助扫描电镜、X 射线衍射等手段对涂层的微观组织形貌和物相组成进行观察与分析。;结果表明：该包埋工艺中SiC 为晶须状生长形成具有晶须增韧的涂层， 且溶胶-凝胶法制备的外涂层致密有效地填充了SiC 晶须间空隙并完全覆盖， 涂层厚度由4 μm 增加至8 μm，从而具备良好的防氧化性能。;涂层试样在1000℃静态空气中氧化2 h，质量损失在2%以内，远低于纯C/C 试样及单一SiC 涂层保护C/C 试样。 ;杨茜等采用两步包埋法及料浆涂刷－ 烧结法在二维碳布叠层碳/碳复合材料表面依次制备了SiC /MoSi2 -Si-Cr-B 包埋涂层及磷酸盐玻璃外涂层，研究了其在950 ℃ 静态空气环境中自由状态的抗热震