国内外碳_碳复合材料连接研究进展
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。
最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。
高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。
目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。
根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。
由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。
2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。
碳碳复合材料的应用研究现状
碳碳复合材料的应用研究现状碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composites，简称C/C复合材料）是一种高性能的结构材料，由碳纤维和炭化石墨相互穿插制成。
由于其优异的力学性能、耐高温性能和抗氧化性能，碳碳复合材料被广泛应用于航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域。
在航空航天领域，碳碳复合材料被广泛应用于航天器热防护系统、发动机喷管、推力矢量控制器等关键部件。
由于碳碳复合材料的高温稳定性和耐烧蚀性能，可以有效保护航天器在高速进入大气层时受到的热载荷，提高航天器的安全性能和使用寿命。
同时，碳碳复合材料还可以用于制造发动机喷管，由于其具有较高的导热性能和机械强度，可以有效提高发动机的推力和燃烧效率。
在航空制动系统中，碳碳复合材料可以用于制造刹车盘和刹车瓦。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车系统的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的密度和良好的抗疲劳性能，可以减轻飞机的重量，提高飞机的载荷能力和燃油效率。
在摩擦材料领域，碳碳复合材料可以用于制造刹车片和离合器片。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车和离合器的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的摩擦噪声和磨损率，可以提高汽车驾驶的舒适性和安全性。
除了航空航天、航空制动系统和摩擦材料，碳碳复合材料还有许多其他应用领域。
例如，在核能领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的结构材料和导热材料，由于其具有较高的热导率和较低的中子俘获截面，可以提高核反应堆的热效率和安全性能。
在光学领域，碳碳复合材料可以用于制造太阳能电池板的支撑结构，由于其具有较低的质量和较高的强度，可以提高太阳能电池板的转换效率和使用寿命。
碳碳复合材料的应用研究已经取得了显著的进展，其在航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域的广泛应用为相关行业带来了许多技术突破和经济效益。
随着科学技术的不断发展和创新，相信碳碳复合材料的应用前景将更加广阔。
碳碳复合材料制备工艺及研究现状
2、科研院所和企业的研发团队 及其成果
目前，国内外众多科研院所和企业都在积极开展碳碳复合材料制备工艺的研 究和开发工作。其中，中国科学院、清华大学、北京大学、浙江大学、上海交通 大学等高校和研究机构在碳碳复合材料的制备工艺方面取得了重要进展。众多企 业在碳碳复合材料的产业化方面也取得了显著成果，
（4）加工和成型：将表面处理后的碳纤维增强基体进行加工和成型，得到 所需的形状和尺寸。
2、碳碳复合材料制备中的关键 问题和解决方案
碳碳复合材料制备过程中的关键问题包括炭纤维或炭化纤维的制备、基体与 炭纤维或炭化纤维的界面结合、表面处理的效率和一致性等方面。针对这些问题， 目前的研究主要集中在以下几个方面：
研究现状
1、国家政策支持及项目进展情 况
近年来，各国政府纷纷出台相关政策和项目，支持和推动碳碳复合材料的研 究和应用。例如，中国政府在“十三五”国家科技创新规划中提出要大力发展新 型复合材料，并将碳碳复合材料列为重点发展的领域之一。同时，国内外众多科 研机构和企业也在积极投入研发和生产，推动碳碳复合材料制备工艺的发展和应 用。
引言
随着科技的不断进步，碳材料因其独特的物理、化学性质而受到广泛。特别 是纤维素碳化制备碳材料，由于其来源广泛、环保且具有优异的性能，在能源、 环保、材料等领域具有广泛的应用前景。因此，研究纤维素碳化制备碳材料的工 艺具有重要意义。
文献综述
纤维素碳化制备碳材料的研究可以追溯到20世纪60年代，随着科技的不断进 步，这一领域的研究取得了长足的进展。以前的研究主要集中在碳化温度、时间、 气氛等因素对纤维素碳化过程的影响上。近年来，研究者们还致力于探索纤维素 碳化过程中的反应机理，以及如何提高碳材料的性能。尽管取得了一定的进展， 但仍存在许多问题需要解决，例如如何提高碳材料的质量和产量，以及如何实现 工业化生产。
碳纤维复合材料力学性能研究进展
包 装 工 程第44卷 第21期 ·36·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-05-30基金项目：国家自然科学基金（12172344） *通信作者碳纤维复合材料力学性能研究进展段裕熙，张凯*，徐伟芳，陈军红，龚芹（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川 绵阳 621999）摘要：目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。
方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。
结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。
关键词：碳纤维复合材料；静态力学性能；动态力学性能；三维编织复合材料 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0036-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.005Mechanical Property of Carbon Fiber CompositesDUAN Yu-xi , ZHANG Kai *, XU Wei-fang , CHEN Jun-hong , GONG Qin(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China) ABSTRACT: The work aims to explore recent advancements in the mechanical properties of carbon fiber composites for thermal structural applications, with the objective of promoting the development and utilization of carbon fiber composites. Through a comprehensive literature review, the current research status on the mechanical properties of carbon fiber composites was summarized, and the factors affecting the static and dynamic mechanical properties of 2D composites, needled composites, and 3D woven composites were analyzed. The results indicate that factors affecting the static and dynamic mechanical properties of carbon fiber composites include temperature, strain rate, density, et al. And further investigations are necessary in multi-factor coupling and high temperature dynamic properties of carbon fiber composites. KEY WORDS: carbon fiber composite; static mechanical properties; dynamic mechanical properties; three-dimensional weaving composite碳纤维由有机纤维经过一系列热处理转化而成，它是含碳量高于90%的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
碳纤维复合材料应用研究报告进展
碳纤维复合材料的应用研究进展姜楠＜湖北大学材料科学与工程学院，武汉430062）摘要：本文概述了碳纤维复合材料vCFRP）的性能特点和应用研究进展。
简要介绍了碳纤维复合材料在大飞机制造业，深海油气田，非织造设备等方面的应用情况，碳纤维复合材料湿热性能和抗氧化烧蚀技术的研究进展以及国内外的研究状况。
关键词：碳纤维复合材料大飞机深海油气田非织造设备湿热性能抗氧化烧蚀技术应用研究1前言碳纤维复合材料＜CFRP）自20世纪50年代面世以来就主要用于军工，航天，航空等尖端科学技术领域，其高强、高模、轻质、耐热、抗腐蚀等独特的性能使其在飞机、火箭、导弹、人造卫星等方面发挥了巨大作用。
随着CFRP材料性能的不断完善和提高，其优越的性能逐步被认可及价格的大幅度下降，使得它在民用工业上的应用逐步扩大，目前在土木建筑、纺织、石油工业、医疗机械、汽车工业等领域得到了广泛应用。
2CFRP材料的性能特点碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。
其最高强度已达7000MPa ，最高弹性模量达900GPa,而其密度约为1.8~2.1g/cm3,并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。
碳纤维由高度取向的石墨片层组成，并有明显的各向异性，沿纤维轴向，强度高、模量高，而横向性能差，其强度和模量都很低。
因此在使用时，主要应用碳纤维在轴向的高性能。
[1-2]碳纤维是黑色有光泽，柔软的细丝。
单纤维直径为5~10pm，一般以数百根至一万根碳纤维组成的束丝供使用。
由于原料和热处理工艺不同，碳纤维的品种很多。
高强度型碳纤维的密度约为 1.8g/cm3,而高模量和超高模量的碳纤维密度约为1.85~2.1g/cm3。
碳纤维具有优异的力学性能和物理化学性能。
碳纤维的另一特征是热膨胀系数小，其热膨胀系数与石墨片层取向和石墨化程度有密切的关系。
碳纤维具有优异的耐热和耐腐蚀性能。
在惰性气氛下碳纤维热稳定性好，在2000C的高温下仍能保持良好的力学性能；但在氧化氛围下超过450C碳纤维将被氧化，使其力学性能下降。
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要碳纤维复合材料是一种具有很高强度和轻质化特性的新型材料。
它由碳纤维和树脂等基质材料组成，具有优异的力学性能和低密度，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。
本文将对国内外碳纤维复合材料的现状以及研究开发方向进行概述。
首先，国内外碳纤维复合材料的现状可以概括为以下几个方面。
一是碳纤维复合材料在航空航天领域的应用。
由于碳纤维复合材料具有高强度、低密度和热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天领域，如飞机机体、发动机和燃气涡轮等部件。
二是碳纤维复合材料在汽车领域的应用。
汽车制造商越来越倾向于采用碳纤维复合材料制作汽车车身和结构件，以提高汽车的燃油效率和减轻车重，提高车辆的性能。
三是碳纤维复合材料在体育器材领域的应用。
碳纤维复合材料制作的高级运动器材，如高尔夫球杆、网球拍和自行车等，具有很高的刚性和强度，能够提高运动员的表现水平。
四是碳纤维复合材料在船舶领域的应用。
船舶结构件的重量和强度对于船舶的性能至关重要。
碳纤维复合材料具有高强度和轻质化特性，因此被广泛应用于船舶制造，可以提高船舶的性能和节能减排。
接下来，本文将重点讨论国内外碳纤维复合材料的研究开发方向。
一是开发新型碳纤维原料。
目前，市场上主要使用的碳纤维原料是聚丙烯腈纤维。
研究人员正在开发新型纤维原料，如石墨烯、纳米碳纤维等，以提高碳纤维的力学性能和热稳定性。
二是改善碳纤维与基质材料的界面粘结性能。
碳纤维与树脂等基质材料的界面粘结性能对复合材料的力学性能和耐久性影响很大。
研究人员正在探索提高界面粘结性能的方法，如表面改性和介入增韧等。
三是提高碳纤维复合材料的制备工艺。
制备工艺是影响碳纤维复合材料质量的关键因素之一、研究人员正在开发新的制备工艺，如预浸法、纺丝法和层合法等，以提高复合材料的力学性能和制造效率。
四是研究碳纤维复合材料的寿命与损伤机理。
碳纤维复合材料容易受到外界环境和应力加载的影响，会出现疲劳和损伤现象。
碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势
国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。
尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。
当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。
因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。
1、国外碳纤维产业现状及发展趋势1）产业方面根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。
由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。
其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。
PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。
沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。
PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。
2024年碳碳复合材料市场需求分析
碳碳复合材料市场需求分析概述碳碳复合材料是一种具有优良力学性能和耐高温性能的高级复合材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等领域。
本文将对碳碳复合材料市场的需求进行分析，探讨碳碳复合材料市场的发展趋势和挑战。
市场背景碳碳复合材料是由碳纤维和碳基短纤维在碳化工艺条件下制备而成的复合材料。
它具有高强度、高模量、低密度和良好的耐热性能，在高温环境下有良好的稳定性和耐久性。
由于其优秀的性能，碳碳复合材料在航空航天和能源领域得到了广泛应用。
市场需求分析1. 航空航天领域碳碳复合材料在航空航天领域具有重要的应用前景。
它可以用于制造航空发动机和航天器的热防护结构、气动翼面、航天器襟翼等部件。
因为碳碳复合材料具有良好的高温性能和热防护性能，可以有效地提高航空航天器的安全性能和使用寿命。
随着航空航天业的发展，对碳碳复合材料的需求也将不断增长。
2. 汽车制造领域随着汽车工业的快速发展，对汽车材料的性能要求也越来越高。
碳碳复合材料具有良好的强度和刚度，重量轻且耐热，因此被广泛应用于汽车制造中。
它可以用于制造车辆的制动系统、排气管和底盘结构等部件，可以提高汽车的性能和安全性。
随着电动汽车和智能汽车的兴起，对碳碳复合材料的需求也将持续增加。
3. 能源领域碳碳复合材料在能源领域具有广阔的应用前景。
它可以用于制造核电厂的反应堆堆芯、石油炼化装置中的高温管道和催化剂、燃气轮机燃烧室等部件。
碳碳复合材料具有良好的耐高温性能和化学稳定性，可以提高能源设备的效率和可靠性。
随着清洁能源的发展和能源需求的增加，对碳碳复合材料的需求也将不断增长。
市场发展趋势随着航空航天、汽车制造和能源领域的不断发展，碳碳复合材料市场的需求将进一步增加。
另外，随着科技进步的推动，碳碳复合材料的制备工艺和性能也将不断改进，推动碳碳复合材料市场的发展。
目前，全球碳碳复合材料市场呈增长趋势，预计在未来几年内将保持稳定增长。
市场挑战尽管碳碳复合材料在航空航天、汽车制造和能源领域有广泛的应用前景，但该市场仍面临一些挑战。
碳／碳复合材料的性能和应用进展
学 、热 学性能 ，化 学性能 和其在各 领域 的应用进 展 。 关键 词 ：碳／ 复合材料 ；石 墨化度 ；性能 ；应 用 碳
中图分类号 ：Ｔ １ Ｑ ３
ｏ ｘ ｅｌ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ， ｓ ｈ ｓ ｉｈ ｐ ｃ ｆ ｓｒ ｎ ｔ ｆ ｅ ｃ ｌ ｔｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｅ ｕｃ ａ ｈｇ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔｅ ｇｈ， ｈｇ ｓ ｅ ｉ ｃ ｉ ｉｈ ｐ ｃ ｆ ｍｏ ｕ ｕ ， ｈ ｇ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｓｓａ ｃ ｉ ｄ ｌｓ ｉｈ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ，
ｓｏ ｏ ｆ ｃｅ ｔ Ｓ ｔｃ ｎ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ａ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｔｒａ ｅ ｒｎ ａ ｙ ｌ ａ ｓ， ｂ ｔａｓ ｌｙ ａ ｒ ｌ ｓｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｉ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ． ｏ ｉ ａ ｏ ｎｙ ｂ ｔｕ ｔｒ ｌｍａｅ ｉｌｂ ａ ｉ ｇ ｈｅ ｖ ｏ ｄ ｉ ｕ ｌｏ ｐ ａ ｏ ｅ ａ ｕ ｃｉ ａ ｏ
ａ ｕ ｅ ，ａ ｄ ａ ｅ ｃ ｎｓｄ ｒ ｄ ａ ｈ ｓ ｒ ｍｉｉｇ ｃ ｎ ｉ ｔ ｔｒａｓｆｒｈ ｇ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｐ ｉａｉ ｎ ｕ ｈ ａ ｎ ａ ｔ ｒ ｓ ｎ ｒ ｏ ｉ ｅ ｅ ｓｔ ｅ ｍｏ ｔｐ ｏ ｓｎ ａ ｄｄａｅｍａｅ ｉｌ ｏ ｉｈ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｐ ｌ ｔｏ ｓｓ ｃ ｓｉ — ｃ
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｈ ｒ ｏ ／Ｃａ ｂ ｎ Ｃｏ ｐ ｓｔｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｅ Ｃａ ｂ ｎ ｒ ｏ ｍ ｏ ｉｅ ’Ｐｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｅ ｔｅ
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碳碳复合材料的研究进展
碳碳复合材料的研究进展材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。
C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。
由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。
C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。
由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。
到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。
自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。
80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。
近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。
碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。
1、碳/碳复合材料的制备工艺1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。
如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。
国外碳纳米管复合材料研究现状
国外碳纳米管复合材料研究现状Carbon nanotubes (CNTs) have been widely studied as promising reinforcing materials in composite materials due to their unique mechanical, electrical, and thermal properties. In recent years, research on carbon nanotube composites has been focused on enhancing the mechanical properties, electrical conductivity, and thermal stability of the materials. This review provides an overview of the current state of research on foreign carbon nanotube composites, focusing on the different types of carbon nanotubes, their incorporation into various matrices, and their applications in different fields.There are two main types of carbon nanotubes: single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). SWCNTs are composed of a single layer of carbon atoms arranged in a cylindrical structure, while MWCNTs are composed of multiple layers of carbon atoms arranged in concentric cylinders. SWCNTs are known for their higher mechanical strength and electrical conductivity compared to MWCNTs, but MWCNTs are easier to produce in larger quantities.Carbon nanotubes can be incorporated into a wide range of polymeric, ceramic, and metal matrices to form composite materials with enhanced properties. The most common methods for incorporating carbon nanotubes into matrices include solution mixing, melt mixing, and chemical vapordeposition. The choice of matrix material and processing method can greatly affect the properties of the resulting composite material.One of the key advantages of carbon nanotube composites is their exceptional mechanical properties. The high aspect ratio and strong covalent bonds of carbon nanotubes make them ideal reinforcing materials for improving the strength and stiffness of composite materials. Studies have shown that the addition of carbon nanotubes can significantly increase the tensile strength, flexural strength, and impact resistance of composite materials. Additionally, carbon nanotubes can also improve the toughness and fatigue resistance of composite materials, making them suitable for a wide range of structural applications.In addition to their mechanical properties, carbon nanotube composites are also known for their excellent electrical conductivity. Carbon nanotubes have a high electrical conducti vity due to their delocalized π-electron system, making them ideal materials for applications in electronics, sensors, and energy storage devices. Studies have shown that the addition of carbon nanotubes can significantly increase the electrical conductivity of composite materials, making them suitable for use in conductive coatings, electromagnetic shielding, and antistatic materials.Furthermore, carbon nanotube composites also exhibit enhanced thermal stability due to the excellent thermal conductivity of carbon nanotubes. Thehigh thermal conductivity of carbon nanotubes allows for efficient heat transfer within the composite material, leading to improved thermal management and heat dissipation properties. Studies have shown that the addition of carbon nanotubes can significantly increase the thermal conductivity and heat resistance of composite materials, making them suitable for applications in aerospace, automotive, and electronic devices.Overall, research on foreign carbon nanotube composites has shown promising results in enhancing the mechanical, electrical, and thermal properties of composite materials. The unique properties of carbon nanotubes make them ideal reinforcing materials for improving the performance of composite materials in various applications. Further research is needed to optimize the processing methods and matrix materials to fully exploit the potential of carbon nanotube composites in different fields.。
掺杂改性C_C复合材料研究进展
第30卷第11期2011年11月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.30No.11Nov.2011特约专栏收稿日期:2011－09－24通信作者:崔红，女，1969年生，研究员，博士生导师掺杂改性C /C 复合材料研究进展崔红，闫联生，刘勇琼，张强，孟祥利(西安航天复合材料研究所，陕西西安710025)摘要:陶瓷掺杂改性碳/碳(C /C )复合材料在保持C /C 复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下，显著提高了C /C 复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能，且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势，是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。
综述了国内外在SiC 陶瓷掺杂改性C /C 复合材料，ZrC ，ZrB 2超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料以及TaC ，HfC 超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料等方面的最新研究进展和应用情况，并分析了陶瓷掺杂改性C /C 复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。
关键词:高温材料;C /C 复合材料;掺杂改性;抗氧化中图分类号:TB333文献标识码:A 文章编号:1674－3962(2011)11－0013－05Advances on Ceramic Hybird ModifiedCarbon /Carbon CompositesCUI Hong ，YAN Liansheng ，LIU Yongqiong ，ZHANG Qiang ，MENG Xiangli(Xi'an Aerospace Composite Material Institute ，Xi'an 710025，China )Abstract :Being the ideal candidate material for thermal protection parts in supersonic flight and the high performancerocket engine ，carbon /carbon composites modified by ceramic hybrid have good oxidation and ablation resistance ，design-ability ，good thermal shock resistance as well as the inherent unique comprehensive properties ，such as excellent mechani-cal properties and dimensional stability at high temperature．The present status of research and application of carbon /car-bon composites modified by the SiC ceramics and ZrC ，ZrB 2，TaC ，HfC ultrahigh temperature ceramics were summarized．The existing problems and the potential development direction on the investigation of the ceramic hybrid modification C /C composites were also proposed．Key words :high temperature materials ;carbon /carbon composites ;hybird modification ;anti-oxidation1前言碳/碳(C /C )复合材料即碳纤维增强碳基体复合材料，是一种特别具有性能可设计性和抗热震性的先进复合材料，它以优异抗烧蚀性能、高比强度、高比模量、及高温下极好的力学性能和尺寸稳定性等一系列突出的特点，特别适合于需要材料具有较高物理性能和化学稳定性的高温环境下使用，已成功地在航空航天领域得到广泛应用，如航天器鼻锥、机翼前缘、固体火箭发动机(SRM )喉衬及扩张段和飞机刹车片等，C /C 复合材料是应航空航天领域的需要而开发的最成功的材料之一［1－2］。
新型碳材料的研究进展和应用前景
新型碳材料的研究进展和应用前景近年来，随着全球对环境和能源问题的关注度越来越高，低碳经济与清洁能源成为了全球的热门话题。
而作为其中的一个重要组成部分，新型碳材料的研究也日益受到了越来越多的关注。
本文将重点介绍新型碳材料的研究进展和应用前景。
首先，我们先来认识一下什么是新型碳材料。
新型碳材料是指具有一定结构和功能的碳材料，不仅具备传统碳材料的基本性质，还具有很多新的特性和应用。
其中最常见的新型碳材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳材料等。
目前，新型碳材料的研究正在蓬勃发展。
在碳纳米管方面，科研人员通过不断改进和完善制备工艺，已经可以制备出高质量、高稳定性和高比表面积的碳纳米管。
这些碳纳米管具有广泛的应用前景，包括储氢材料、光电器件、催化剂载体等方面。
而在石墨烯领域，石墨烯的制备技术也日渐成熟。
石墨烯具有优异的电学、热学和机械性能，在电子器件、传感器、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
除此之外，纳米多孔碳材料也是新型碳材料领域的一大热点。
纳米多孔碳材料具有高比表面积、多孔性和高导电性等特性，可以作为高性能催化剂、电极材料和分离材料等，用途非常广泛。
随着科研人员对这些材料的研究深入，相信未来还会有更多的新型碳材料涌现出来。
除了在科学研究中的应用，新型碳材料也具有广泛的工业应用前景。
例如在电池、超级电容器和储氢材料方面，新型碳材料的应用可以大大提高产品性能。
此外，新型碳材料还可以用于污水处理、废气处理等环境领域，具有非常鲜明的低碳环保特点。
总的来说，新型碳材料研究和应用的前景非常广泛。
研究人员在这个领域不断地探索、尝试，致力于将碳材料的应用范围不断扩大、提高其性能，为低碳经济和清洁能源发展做出自己的贡献。
我们有理由相信，未来新型碳材料的发展会更加快速、全面，给我们的生活带来更多的创新和变化。
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要
--]诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页]登录->注册->回复主题->发表主题romanceliu2008-01-15 17:37查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向一.国外情况1996年世界碳纤维生产能力15000t,实际产量约10000t左右,其中日本约占60%。
日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,它们都在积极扩展碳纤维生产,继续加强其在世界市场上的主导地位,并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制,碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。
随着航空航天飞行器各项性能的不断提高,对结构件用材料的性能要求也越来越高。
今后日本先进复合材料的发展方向是:在增强材料方面,进一步提高碳纤维的强度和模量,降低成本;在树脂基体方面,主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性;在复合材料成型技术方面,进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术,从而同时提高复合材料性能降低制造成本。
美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。
美国199 6年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克(ZOLT E K公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。
它的产品有许多特色,最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。
该公司生产的碳纤维价格已降至17.64$/kg,而日本东丽同类产品大约30$/kg。
在应用方面,美国摩里逊(Morison公司为达纳(Dcna公司生产汽车传动轴,供通用汽车公司用;采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件,与钢材料相比,可减重60%。
国外碳纳米管复合材料研究现状
国外碳纳米管复合材料研究现状碳纳米管自被发现以来，因其独特的结构和优异的性能，成为了材料科学领域的研究热点。
特别是在复合材料领域，碳纳米管的加入为材料性能的提升带来了新的契机。
国外在碳纳米管复合材料的研究方面取得了众多显著的成果，本文将对其进行详细阐述。
一、碳纳米管的特性碳纳米管具有极高的强度和韧性。
其强度可达到钢铁的数十倍，同时具有出色的柔韧性，能够承受较大的变形而不断裂。
此外，碳纳米管还具有优异的电学性能，电导率极高，可与金属相媲美。
良好的热学性能也是其特点之一，热导率高，散热效果好。
这些特性使得碳纳米管在复合材料中具有极大的应用潜力。
二、国外碳纳米管复合材料在不同领域的研究现状1、航空航天领域在航空航天领域，对材料的性能要求极为苛刻。
国外研究人员致力于将碳纳米管复合材料应用于飞机结构件中，以减轻重量并提高强度。
例如，美国的研究团队成功开发出了碳纳米管增强的碳纤维复合材料，用于飞机机翼的制造，不仅减轻了结构重量，还提高了抗疲劳性能和耐腐蚀性。
2、电子领域在电子领域，碳纳米管复合材料可用于制造高性能的电子器件。
日本的科研人员成功制备出了碳纳米管与半导体材料复合的薄膜，用于制造柔性显示屏，具有更高的分辨率和更低的能耗。
此外，碳纳米管复合材料还可用于制造高效的电池电极，提高电池的充放电性能和循环寿命。
3、能源领域能源领域也是碳纳米管复合材料的重要应用方向。
德国的研究小组开发出了碳纳米管与聚合物复合的质子交换膜，用于燃料电池中，提高了燃料电池的功率密度和稳定性。
在太阳能电池方面，国外研究人员将碳纳米管与光伏材料复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。
4、生物医学领域在生物医学领域，碳纳米管复合材料具有广阔的应用前景。
美国的科研团队研发出了碳纳米管与生物活性分子复合的材料，用于药物输送和组织工程。
碳纳米管的高比表面积和良好的生物相容性，使得药物能够更有效地负载和释放，促进组织的修复和再生。
三、制备方法1、溶液共混法这是一种较为常见的方法，将碳纳米管和基体材料分散在溶剂中，通过搅拌、超声等手段使其均匀混合，然后去除溶剂得到复合材料。
国外碳纳米管复合材料研究现状
国外碳纳米管复合材料研究现状Carbon nanotubes (CNTs) have attracted great attention in the field of composite materials due to their excellent mechanical, electrical, and thermal properties. When combined with other materials, such as polymers or ceramics, CNTs can enhance the overall performance of the composite. Researchers around the world are working on various methods to improve the dispersion and bonding between CNTs and the matrix material to achieve the desired properties in the final composite.碳纳米管（CNTs）由于其优异的机械、电学和热学性能，在复合材料领域受到了广泛关注。
当与其他材料结合时，如聚合物或陶瓷，CNTs可以提高复合材料的整体性能。
全球各地的研究人员正在努力寻找不同的方法改善CNTs与基体材料之间的分散性和结合力，以实现最终复合材料中所期望的性能。
One of the challenges in the research of carbon nanotube composites is achieving a uniform dispersion of CNTs in the matrix. Due to their high aspect ratio and tendency to agglomerate, CNTs are often difficult to disperse evenly in the composite material.Improper dispersion can lead to weak interfacial bonding, which limits the enhancement of mechanical properties. Various techniques, such as functionalization of CNTs or the use of surfactants, have been explored to improve dispersion and enhance the overall performance of the composite.碳纳米管复合材料研究中的一个挑战是实现CNTs在基体中的均匀分散。
碳密封材料的研究进展及其在航空航天领域的应用
基金项 目： 国家杰 出青年基金（ ０ ２２ ０ ５２５１）
Ｃ Ｃ复合材料是 当前国外高性能军机和大中型 ／
民 机 刹 车 装 置 的 关 键 材 料 ， 有 一 系 列 Nhomakorabea 异 性 具
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多孔碳材料的国内外发展状况
多孔碳材料的国内外发展状况
多孔碳材料是一种具有高比表面积和孔隙结构的高性能材料，近年来
在各个领域得到了广泛的应用和研究。
随着科学技术的不断进步，多孔碳材料的研究和应用也在不断拓展和深化。
首先，国外对多孔碳材料的研究起步较早，技术水平较高。
美国、欧
洲等发达国家在多孔碳材料的制备方法、性能调控等方面做出了很多开创性的工作。
其中，石墨烯和碳纳米管等材料的制备和功能化修饰技术处于世界领先地位，为多孔碳材料的研究提供了有力的支持。
其次，国内对多孔碳材料的研究也取得了一定的进展。
我国在多孔碳
材料的原料选择、制备技术、性能表征等方面均有不少创新成果。
例如，通过使用廉价丰富的天然资源作为原料，开发出了一系列高性能的多孔碳材料，具有良好的应用前景和经济效益。
另外，在多孔碳材料的应用领域，国外主要集中在能源存储、催化剂、传感器等方面。
美国、日本等国家已经将多孔碳材料成功应用于锂离子电池、超级电容器、汽车排放催化等领域，取得了显著的成效。
而国内多孔碳材料的应用主要集中在电解质、储能、环境治理等方面，尚有待进一步深化和拓展。
让我们让我们总结一下，多孔碳材料在国内外的研究和发展呈现出多
样性和丰富性。
随着时代的发展和技术的进步，多孔碳材料必将在更多领域
展现出其独特的优势和潜力，为人类社会的可持续发展和创新科技的实现作出更大的贡献。
希望国内外研究者能够加强合作，共同推动多孔碳材料的研究和应用，为构建世界科技强国贡献力量。
碳碳复合材料行业报告
碳碳复合材料行业报告碳碳复合材料是一种高性能、高温材料，具有优异的耐热、耐腐蚀和抗氧化性能。
它由碳纤维和碳基树脂组成，经过高温热处理而成。
碳碳复合材料在航空航天、航空发动机、航空制动系统、核能、汽车制动系统等领域有着广泛的应用。
本报告将对碳碳复合材料的行业发展现状、市场规模、应用领域、技术发展趋势等方面进行深入分析。
一、行业发展现状。
目前，全球碳碳复合材料市场规模不断扩大，主要受益于航空航天和航空发动机领域的增长。
碳碳复合材料在航空制动系统、核能、汽车制动系统等领域也有着广泛的应用。
随着技术的不断进步，碳碳复合材料的性能不断提升，产品种类也在不断丰富。
同时，碳碳复合材料的生产工艺和设备也在不断改进，生产成本逐渐降低，市场竞争力不断增强。
二、市场规模。
据统计，2019年全球碳碳复合材料市场规模达到了20亿美元，预计到2025年将达到30亿美元。
碳碳复合材料在航空航天、航空发动机、航空制动系统、核能、汽车制动系统等领域的需求不断增加，将推动市场规模的进一步扩大。
三、应用领域。
1.航空航天领域。
碳碳复合材料在航空航天领域有着广泛的应用，主要用于制造航天器的热结构件、导弹的导向部件、航空发动机的燃烧室等。
碳碳复合材料具有优异的耐热性能，能够在高温、高速、高压等极端环境下保持稳定的性能，因此受到航空航天领域的青睐。
2.航空发动机领域。
碳碳复合材料在航空发动机领域主要用于制造高温部件，如燃烧室、喷嘴、涡轮叶片等。
碳碳复合材料具有优异的耐热、耐腐蚀性能，能够在高温高压的工作环境下保持稳定的性能，因此受到航空发动机制造商的青睐。
3.航空制动系统领域。
碳碳复合材料在航空制动系统领域主要用于制造制动盘和制动衬板。
碳碳复合材料具有优异的耐热、耐磨性能，能够在高速、高温、高压的工作环境下保持稳定的性能，因此受到航空制动系统制造商的青睐。
4.核能领域。
碳碳复合材料在核能领域主要用于制造核反应堆的结构件、燃料元件等。
碳碳复合材料具有优异的耐热、耐腐蚀性能，能够在高温、高压、高辐照等极端环境下保持稳定的性能，因此受到核能领域的青睐。
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国内外碳/碳复合材料连接研究进展*兰逢涛,李克智,李贺军,郭领军,曹伟锋(西北工业大学碳/碳复合材料工程技术研究中心,西安710072)摘要 介绍了近年来国内外碳/碳复合材料连接领域的研究进展,系统总结了碳/碳复合材料与自身及其与铜合金、钛合金、铌合金之间连接新技术与新工艺,并对有限元分析方法在碳/碳复合材料连接中的应用进行了简要的概括。
针对碳/碳复合材料连接中存在的问题,提出了一些可行性解决方案,最后展望了碳/碳复合材料连接的研究前景。
关键词 碳/碳复合材料 连接 剪切强度 有限元中图分类号:T B332Research and Development of Carbon/Carbon Composites Joining TechniqueLAN Fengtao,LI Kezhi,LI Hejun,GUO Lingjun,CAO Weifeng(C/C Composites Technology Resear ch Center,Northwest er n Polytechnical University,Xi .an 710072)Abstr act In this paper the developments of carbon/car bon composites joning techniques ar e intr oduced.Novel methods and pr ocesses for carbon/car bon composite bonding with itself and CuZr Cr 、Ti 2Al 2V or Nb 2based alloys a re expatiat ed systematically and the application of finite element analysis in this field is summar ized br iefly.Finally,some feasible solutions for the pr imar y joining problem ar e proposed and the futur e of carbon/car bon composite joining is prospect ed.Key wor ds car bon/carbon composites,joining,shea r strengt h,finite element method*航天技术支撑基金资助项目兰逢涛:博士生,主要从事碳/碳复合材料快速制备及连接技术研究 E 2mail:lftao@0 引言碳/碳复合材料由于密度低、热膨胀系数小、高温力学性能优异、抗热震和耐高温烧蚀,被认为是航空航天领域不可替代的热结构材料,已成功用于航天飞机的鼻锥帽、机翼前缘和航空发动机涡轮引擎部件等[1];此外,因其摩擦系数小,摩擦性能稳定,被用于多种型号飞机、高速列车的刹车盘;因其良好的生物相容性和细胞增殖响应行为,被用作心脏瓣膜、人体关节的替代材料;因其热导率高,原子序数小、抗中子能力强,亦被成功用于核工业领域[2,3]。
随着低成本快速制备技术和高温抗氧化技术的迅速发展,碳/碳复合材料正得到越来越多的关注。
工程技术的快速发展,迫切需要具有大尺寸或复杂形状的构件来满足特殊的使用要求。
由于受到预制体编制技术和CV I 工艺自身限制,直接制备大型复杂形状碳/碳复合材料构件难度较大,成本高昂。
通常,经济可行的解决途径就是利用简单形状碳/碳复合材料通过二次连接来获得复杂形状的构件[4,5]。
1 碳/碳复合材料自身连接研究进展碳/碳复合材料汽化温度超过3000e ,不能采用传统的熔化方法进行焊接。
最简单的连接方法就是机械连接,即采用螺栓、螺钉等机械紧固的方式实现碳/碳复合材料的连接。
由于机械连接需要在碳/碳复合材料上打孔,势必对材料的微观结构造成损伤;同时螺栓和孔洞等边角位置容易产生应力集中,往往会导致构件低应力破坏。
碳/碳复合材料的连接通常需要引入中间过渡层,根据连接机理不同,主要可分为固相扩散连接、活性金属钎焊和玻璃连接等。
1.1 固相扩散连接固相扩散连接是在高温高压环境下,一边中间层材料发生原位化学反应,一边界面处元素相互扩散,反应和扩散的结果是在连接界面处形成稳定的界面层,从而获得高温高强接头。
中间层材料可以是高温合金、陶瓷粉体,也可以是陶瓷有机前驱体。
P.Dadras 等[6]利用硼和石墨混合粉作为中间层材料,在1995e 、7.38MPa 压力下对碳/碳复合材料进行反应扩散连接。
研究发现中间层内硼与石墨完全反应生成B 4C,界面层的成分主要是B 4C 和少量的碳。
该接头可用于高温环境中,连接件在1660e 时最大剪切强度为21.57MPa 。
Xue L A 在专利中报道了利用金属粉和碳粉来连接碳/碳复合材料[7]。
具体方案是将金属钨粉与细碳粉在溶剂中混合,涂刷到碳/碳材料表面,然后在1450~1580e 下压力烧结得到连接件。
金属钨粉与碳粉发生反应,生成碳化钨中间层并扩散到碳/碳复合材料内,1620e 时接头的剪切强度为19.2MPa。
树脂碳化连接碳/碳复合材料[8]所得的接头强度较差,西北工业大学席琛[9]利用钨改性酚醛树脂和钨粉混合物作中间层对碳/碳复合材料进行连接。
添加钨粉后不仅大大减小了树脂碳化收缩,防止了连接界面裂纹的产生,而且原位反应生成的难熔化合物碳化钨有效提高了中间层材料的强度,结果表明,1500e热处理后接头的室温剪切强度为16.1MPa。
1.2活性金属钎焊活性金属钎焊是利用钎料中的活性组元与碳/碳复合材料基体发生反应,通过改善界面润湿性或在界面处形成稳定的反应层而得到高强接头的连接方法。
通常活性元素包括Si、T i、Zr、Pd等。
北京航材院的陈波等[10]利用座滴法研究了10种高温钎料在碳/碳表面的润湿性,结果表明随着活性元素T i、Cr、V 含量的增加,钎料润湿性逐渐改善。
润湿性改善的主要原因是在连接界面处生成了扩散产物TiC、Cr23C6、V2C。
航材院的马文利等[11]采用银基活性钎料(Ag226.4Cu2 4.6Ti)对二维和三维碳/碳复合材料在950e下进行了真空钎焊工艺试验,结果表明钎料中的元素Ti向钎料和碳/碳界面区扩散并富集,生成含C的T i2Cu化合物相,改善了钎料对碳/碳基体的良好润湿,从而获得了组织致密的接头,三维碳/碳复合材料接头的室温三点弯曲强度为38MPa,抗剪强度为22MPa。
文献[6]利用金属间化合物T iSi2对3D碳/碳复合材料进行连接。
在T iSi2熔点附近保温2min时即获得高强接头。
界面反应产物包括SiC、T iC和T iSi2。
接头剪切强度在1164e达到最高,其平均值为34.4MPa。
Lauf研究了低密度碳/碳复合材料的连接方法[12],即首先利用沥青等含碳物质经高温碳化生成一层致密的碳层对多孔碳/碳表面进行封孔处理,然后利用49T i249Cu22Be焊料进行真空钎焊,取得了满意的结果。
致密碳层的制备很好地解决了焊料通过毛细管作用大量渗入碳/碳基体而无法形成强结合的缺点。
1.3玻璃连接玻璃具有其他材料无可比拟的特性,通过调整玻璃组分,可以制备出与连接母材热膨胀系数相匹配的玻璃材料。
Milena Salvo等[13]利用SB(硼硅酸盐系)玻璃直接连接碳/碳复合材料,结果表明SB玻璃只与下层碳/碳复合材料相连接,接触界面有大面积未焊合区域,且玻璃中生成大量气泡。
未焊合区域的出现表明玻璃不能很好地润湿碳/碳表面,气孔则是玻璃与碳/碳复合材料发生氧化反应的结果。
鉴于SiC材料与碳/碳复合材料和玻璃之间具有良好的物理化学相容性,C.Isola等[14]首先利用硅溶胶高温裂解在材料表面生成B2SiC层,再采用SA B B玻璃对碳/碳复合材料进行连接,在连接温度为1200e、保温时间为60min时获得了性能较好的接头。
笔者等[15]首先利用包埋法在碳/碳复合材料表面制备一层致密的A2SiC涂层,再采用低膨胀、高软化点硼硅酸盐玻璃对涂层后材料在1500e真空气氛下保温5~10min进行连接试验,连接件的室温剪切强度达到26MPa,研究表明SiC涂层明显降低了玻璃润湿角,防止了界面反应的发生。
2碳/碳与金属的连接研究进展2.1碳/碳复合材料与铜的连接在国际热核实验反应堆垂直转向靶[16]冷却系统(图1)中,碳/碳复合材料由于综合性能优异,被成功选作第一壁防护材料,用以保护内层铜合金冷却管。
碳/碳复合材料和铜合金连接必须解决2方面的难题,即热膨胀系数差异大和不能相互润湿[17]。
图1国际热核实验反应堆(ITER)垂直靶实物图Fig.1Vertical target near full2scale protot ype of internatio2 nal thermonuclear expe rimental reactor奥地利Plansee GE公司最早于1992年发明活性金属浇铸(AMC )法[18],实现了高导热碳/碳复合材料与铜合金(CuZrCr)的连接。
该方法首先借助激光在碳/碳复合材料表面刻槽,再利用物理气相沉积在表面沉积T i薄膜,接着将约0.5mm厚的软质纯铜浇铸于待焊表面,冷却后采用银基焊料对软质纯铜和CuZrCr合金进行钎焊,得到了高强度的3DC2 C/Cu合金连接构件。
引入软质纯铜中间层的目的是利用纯铜良好的延展性来消除界面残余热应力。
由于钎焊工艺会削弱铜合金的强度,且钎料中包含有有害的Ag元素,T.H uber等[19]舍弃银基焊料钎焊工艺,改用高能电子束对纯铜和铜合金进行焊接,获得了无银、高强、高导热连接件,接头的剪切强度高达38MPa,断裂发生在碳/碳复合材料基体内。
AMC 工艺所得的接头强度优异,但激光加工成本高。
为降低制造成本,研究人员重点对其关键环节)))碳/碳复合材料与软质纯铜的连接进行了深入研究。
针对碳/碳复合材料与软质纯铜之间热膨胀系数差异大的问题,日本学者M.Matsuda等[20]提出采用梯度过渡连接层的思路,设计并制备了Cu2Fe2Cu膜/Mo片/Fe2Cu2Ag膜多层中间层体系,利用传统钎焊工艺获得了良好接头。
为了使碳/碳复合材料始终可以与铜合金保持紧密接触,法国学者G.Chaumat 等[21]提出了压力辅助钎焊法。
该法以Ag68.8%2Cu26.7%2 T i4.5%为钎料,利用热等静压对碳/碳复合材料(SEPCA RBN11)和无氧高导电铜管施加外压,从而获得高强度接头。
接头的金相分析表明,外压的存在加大了钎料渗入碳/碳复合材料基体的深度,使构件的连接强度远远高于无压钎焊时的连接强度。