碳碳复合材料概述
碳碳复合材料
二、碳/碳复合材料的应用
C/C复合材料作为刹车盘
二、碳／碳复合材料的应用
2. 先进飞行器 导弹、载人飞船、航天飞机等，在再入环境时飞行器头 部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位 温度可达2760℃，所以必须选择能够承受再入环境苛刻 条件的材料。 设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能 量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽也要 求防热材料，在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称, 同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使 用的性能。 三维编织的C/ C复合材料，其石墨化后的热导性足以满 足弹头再入时由160℃气动加热至1700℃时的热冲击要 求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏； 其低密度可提高导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头 上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/C 复合材料还可 作热防护材料用于航天飞机。
碳／碳复合材料CVD工艺
在CVD过程中特殊问题--防止预成型体封口。 在工艺参量控制时应使反应气体和反应生成气 体的扩散速度大于沉积速度。
预成型体和基体碳
碳／碳复合材料制备的基本思路 先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基体碳填充， 逐渐形成致密的C/C复合材料。 预成型体是一个多孔体系，含有大量孔隙，即使是在用成束 碳纤维编织的预成型体中，纤维束中的纤维之间仍含有大量 的孔隙。
二、碳／碳复合材料的应用
C/C在航天领域中的应用
二、碳/碳复合材料的应用
二、碳／碳复合材料的应用
3. 固体火箭发动机喷管上的应用 C/C 复合材料自上世纪70 年代首次作为固体火箭发动机 (SRM) 喉衬飞行成功以来，极大地推动了固体火箭发动 机喷管材料的发展。 采用 C/C 复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥，具有 极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓, 可提高喷管效率1 %～ 3%，即可大大提高固体火箭发动机的比冲。 喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基C/C复合材料, 增强体多为整体针刺碳毡、多向编织结构等，并在表面 涂覆SiC以提高抗氧化性和抗冲蚀能力。 美国在此方面的应用有：①“民兵2Ⅲ”导弹发动机第三 级的喷管喉衬材料； ②“北极星”A27 发动机喷管的收 敛段;③MX 导弹第三级发动机的可延伸出口锥(三维编织 薄壁 C/C 复合材料制品)。 俄罗斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥(三维编织薄壁 C/C复合材料制品) 。
碳碳复合材料简介
及零部件等
四 发展趋势及应用
(1) 因其良好的生物相容性 ,在生物医学方面 ,可作人体骨 骼的替代材料 ,比如人工髋关节、 膝关 节、 牙根等.
(2) 汽车、 赛车的制动系统. (3) 在核反应堆中制造无线电频率限幅器. (4) 利用其高导电率和很高尺寸稳定性 ,制造卫星通讯抛物 面无线电天线反射器. (5) 用碳/碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道 ,其寿命 可提高100倍以上. (6) 制作高温紧固件.在700 ℃ 以上 ,金属紧固件强度很低 , 而碳/碳复合材料在高温下呈现优异承 载能力 ,可作高温下使用的螺栓、 螺母、 垫片等.
(7) 制作热压模具和超塑性加工模具.在陶瓷和粉未冶金 生产中采用碳/碳复合材料制作热压模 具 ,可减少模具厚度 ,缩短加热周期 ,节约能源和提高产 量;用碳/碳复合材料制作钛合金超塑性加工模 具 ,因其低膨胀性和钛合金的相容性 ,可提高成型效率 , 并减少成型时钛合金的折叠缺陷.
(8) 制作加热元件.与传统的石墨发热体强度低、 脆 ,加工与运输困难相比 ,碳/碳复合材料的强度 高 ,韧性好 ,可减少发热体体积 ,扩大工作区.
CC复合材料
Байду номын сангаас姚祥瑞
目录
• 定义 • 性能 • 制备工艺 • 发展前景及用途
一 定义
• 碳/碳复合材料是复合材料 的一种 ,它是以碳为基体 ,由 碳纤维或其制品(碳毡或碳布) 增强的复合材料.
二 性能
• 它兼有碳的惰性和碳纤维的高 强度 ,具有良好的机械性能、 耐 热性、 耐腐蚀性、 磨擦减振特 性及热、电传导特性等特点.而 且 ,其质轻 ,比强度和比弹性模 量都很高 ,更重要的是这种材料 随着温度的升高(可达2 200 ℃) 其强度不降低 ,甚至比室温条件 下还高。
碳碳复合材料ppt课件
循环浸渍－碳化曲线反映了浸渍－碳化工艺特点：
❖ 在进行1～3次浸渍碳化时，复合材料的密度增加较快， 从预制体密度（约1.2～1.3g/cm3）增加到1.6g/cm3以上；
❖ 从第四次循环浸渍碳化开始，则每次复合材料的密度增 加相对较慢。
❖ 为了减少浸渍－碳化次数，提高浸渍碳化效率和改善复 合材料的性能，一般采用真空压力浸渍工艺，形成了压 力浸渍碳化工艺（PIC, Pressure Impregnation Carbonization）。并且在沥青液态浸渍－碳化工艺中得 到应用。
沥青碳化率＝0.95QI＋0.85(BI-QI)+(0.3-0.5)BS
因此，沥青的碳化率随高分子量芳香族化合物的含量增加而增加。 最高的碳化率达90％，但与碳化时的压力有关。当碳化压力增强时， 低分子量物质挥发气化，并在压力下热解得到固态沥青碳。
★ 沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性
沥青的压力碳化经历以下过程：
沥青液态压力浸渍－碳化 工艺是在常压、250℃下先浸 渍，然后在此温度下加压至 100MPa压力下继续浸渍，再 此压力下经650℃碳化。
同样需经历多次PIC工艺 使/C复合材料致密化。
● HIPIC工艺
HIPIC工艺是热等静压浸 渍碳化工艺（Hot Isostatic Pressure Carbonization）,即 在等静压炉中进行PIC工艺。
沥青、树脂浸渍-碳化与CVD裂解碳填充孔隙的区别
C/C复合材料CVD/CVI工艺的种类主要有：
❖ 等温 (Isothermal)法； ❖ 压力梯度 (Pressure gradient)法； ❖ 温度梯度(Thrmal gradient)法； ❖ 化学液气相沉积法（Chemical Liquid Vapour
碳碳复合材料
气相沉积法
－预成型体。 主要工艺参数：温度、压力、时间。 成本问题：重要的是如何尽可能缩短工艺各工序,降
低成本。
预成型体和基体碳
制备的基本思路 先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基体碳填充，
逐渐形成致密的C/C复合材料。 预成型体是一个多孔体系，含有大量孔隙，即使是在用成束
碳纤维编织的预成型体中，纤维束中的纤维之间仍含有大量 的孔隙。
一、碳／碳复合材料概述
我国碳/碳复合材料的研究和开发主要集中在航天、 航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本碳 /碳复合材料的研究。
目前整体研究水平还停留在对材料宏观性能的追求上， 对材料组织结构和性能的可控性、可调性等基础研究 还相当薄弱，难以满足国民经济发展对高性能碳/碳 复合材料的需求。
预成型体和基体碳
树脂碳：为无定形(非 晶态)碳，在偏光显微 镜下为各向同性。
图7-l4为碳纤维／酚醛 树脂碳基复合材料的 偏光显微组织。
可以看出树脂碳在碳 化时收缩所形成的显 微开裂。
碳／碳复合材料CVD工艺
CVD反应过程 1）反应气体通过层流流动向沉积衬底的边界层扩散； 2）沉积衬底表面吸附反应气体； 3）反应气体产生反应并形成固态产物和气体产物； 4）气体产物分解吸附，并沿一边界层区域扩散； 5）产生的气体产物排出。
化学气相沉积法
在沉积法中也可用等离子弧法。这种方法已经用来制 取微细碳化物，如碳化钛、碳化钽、碳化铌等。等离 子弧法的基本过程是使氢通过等离子体发生器将氢加 热到平均30000C的高温， 再将金属氯化物蒸气和碳 氢化合物气体喷入炽热的 氢气流（火焰）中，则金 属氯化物随即被还原、碳 化，在反射墙上骤冷而得 到极细的碳化物。
碳碳复合材料概述
碳/碳复合材料概述摘要本文介绍了碳碳复合材料的发展、工艺、特性以及应用。
关键词碳碳复合材料制备工艺性能应用１前言C/C复合材料是指以碳纤维或各种碳织物增强，或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积（CVD）所形成的复合材料。
碳/碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%, 故该材料具有密度低,耐高温, 抗腐蚀, 热冲击性能好, 耐酸、碱、盐,耐摩擦磨损等一系列优异性能。
此外, 碳/碳复合材料的室温强度可以保持到2500℃, 对热应力不敏感, 抗烧蚀性能好。
故该复合材料具有出色的机械特性, 既可作为结构材料承载重荷, 又可作为功能材料发挥作用, 适于各种高温用途使用[1]。
因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。
２碳碳复合材料的发展碳碳复合材料是高技术新材料，自1958年碳碳复合材料问世以来，经历了四个阶段：60年代——碳碳工艺基础研究阶段，以化学气相沉积工艺和液相浸渍工艺的出现为代表；70年代——烧蚀碳碳应用开发阶段，以碳碳飞机刹车片和碳碳导弹端头帽的应用为代表；80年代——碳碳热结构应用开发阶段，以航天飞机抗氧化碳碳鼻锥帽和机翼前缘的应用为代表；90年代——碳碳新工艺开发和民用应用阶段，致力于降低成本，在高性能燃气涡轮发动机航天器和高温炉发热体等领域的应用。
由于碳碳具有高比强度、高比刚度、高温下保持高强度，良好的烧蚀性能、摩擦性能和良好抗热震性能以及复合材料的可设计性，得到了越来越广泛的应用。
当今,碳碳复合材料在四大类复合材料中就其研究与应用水平来说,仅次于树脂基复合材料,优先于金属基复合材料和陶瓷基复合材料,已走向工程应用阶段。
从技术发展看，碳碳复合材料已经从最初阶段的两向碳碳复合材料发展为三向、四向等多维碳碳复合材料；从单纯抗烧蚀碳碳复合材料发展为抗烧蚀—抗侵蚀和抗烧蚀—抗侵蚀—稳定外形碳碳复合材料；从但功能材料发展为多功能材料。
目前碳碳复合材料面对的最主要问题是抗氧化问题[2]。
《碳碳复合材料简介》课件
高强度与高刚度
具有出色的强度和刚度，适用 于要求高强度和轻质化的领域。
良好的耐损性
具有优异的耐磨、耐热疲劳和 耐腐蚀性能。
碳碳复合材料的应用领域
1
航空航天
广泛应用于飞机结构、发动机部件和导弹热防护等领域。
2
能源工业
用于核电站中的炭碳复合材料管道和储罐，以及燃烧器等高温设备。
3
汽车工业
用于制造高性能汽车制动系统、排气系统和座椅结构。
碳碳复合材料的优势与局限性
优势
高温性能卓越，具有较高的强度和刚度。
局限性
制备工艺复杂，生产成本较高。
碳碳复合材料的发展趋势
随着技术的进步，碳碳复合材料将继续发展，更广泛地应用于航空航天、能 源、汽车等领域。同时，制备工艺将更加成熟，并不断降低生产成本。
结论和总结
碳碳复合材料具有独特的优点，是一种重要的高性能材料。它在航空航天、能源和汽车工业等领域发挥着重要 作用，并有着广阔的发展前景。
《碳碳复合材料简介》 PPT课件
碳碳复合材料是一种由碳纤维和炭素基体组成的高性能复合材料。它具有高 强度、高刚度、高温性能和优异的耐损性。
什么是碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种由碳纤维和炭素基体组成的复合材料。碳纤维提供高强 度和高刚度，炭素基体则提供高温抗氧化性能。
碳碳复合材料的制备方法
1 化学气相沉积 (CVD)
通过化学反应在碳纤维表 面沉积炭素来制备碳碳复 合材料。
2 航空电弧加热法 (AIR) 3 热解石墨化 (HTI)
利用航空电弧对碳纤维进 行加热，使其与炭素基体 结合。
先将碳纤维石墨化，然后 与绿石墨和残余碳反应形 成碳碳复合材料。
碳碳复合材料的性质与特点
cc复合材料
（3）涂层与基体碳之间要能良好结合，形 成较高的结合强度，对多层涂层来说， 各层之间也要有良好的结合强度，以免 分层或脱落；
（4）涂层与基体、涂层的各层之间的热膨 胀系数要尽可能接近，避免在较大的热 应力作用下涂层出现裂纹或剥落；
碳/碳复合材料
碳/碳复合材料的端头帽 碳/碳复合材料加工件
1.碳碳复合材料特性及性能
1.1碳碳复合材料特性 C/C复合材料是新材料领域中重点研究和开发 的一种新型超高温材料，它具有以下显著特 点：
(1)密度小(<2.0 g/cm )，仅为镍基高温合金的 1/4，陶瓷材料的1/2，这一许多结构或装备 要求轻型化至关重要。
3.1内部抗氧化技术 该化技术是从两方面来解决C/C 复合材料的
抗氧化问题。 （1）改进纤维的抗氧化问题。纤维抗氧化性能 的提高手段有两种，一是提高纤维的石墨化度， 从而提高纤维的抗氧化性；另一种方法是在纤 维的表面进行涂层，使纤维得到保护。
（2）提高C/C 材料基体的抗氧化性。可以通过 加入氧化抑制剂的方法来提高C/C 材料基体的 抗氧化性，如加入含磷化合物等，通过磷与氧 的作用，使氧失去氧化活性，从而达到抗氧化 的目的，但效果并不理想。另外一种方法是在 基体中加入抗氧化组分，如重金属、陶瓷等可 以提高C/C 复合材料的抗氧化性；还可以在基 体中加入有机硅、有机钛等，使基体C被SiC和 TiC取代，也可达到抗氧化的目的。
2.1.2 热梯度式（差温式）CVD技术 将热梯度式CVD技术应用于碳刹车盘的制备， 其基本思路是在碳盘工件的径向（而不是厚度
方向）形成温度梯度，并通过压差使碳源气逆 温度梯度定向流动，从而提高了增密速度。并 研究了温度、气氛压力及其流量等参数对CVD 增密过程的影响。发现当温度、气氛压力搭配 合理时，热梯度式CVD增密效果大大优于均温 式，总致密时间仅为相应均温式的1/3。若在差 温式CVD基础上实现差温-差压式CVD可进一步 改善CVD增密效果。
碳碳复合材料热容-概述说明以及解释
碳碳复合材料热容-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以按照以下方式来进行撰写：1.1 概述碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基基质构成的材料，具有轻量化、高强度、高温性能良好等优点，广泛应用于航空航天、汽车和电子等领域。
近年来，随着科技的不断发展，碳碳复合材料的热容性能逐渐受到人们的重视。
热容是指物质在吸收或释放热量过程中的温度变化能力，是评估材料热学性能的重要指标之一。
对于碳碳复合材料而言，其热容性能直接关系到其在高温环境下的稳定性和耐久性。
因此，研究碳碳复合材料的热容性能对于优化材料设计和提高材料性能具有重要的意义。
本文将对碳碳复合材料的热容性能进行全面的描述和分析。
首先，将介绍碳碳复合材料的定义和特点，包括其制备工艺、结构特征以及热学性能等方面的内容。
然后，将着重分析碳碳复合材料在高温环境下的热容性能，探讨其受热过程中温度变化规律以及热容值的计算方法。
最后，将总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，并展望未来研究方向，以期为碳碳复合材料的制备和应用提供科学的依据和指导。
通过对碳碳复合材料热容性能的深入研究，可以对该材料的高温应用能力和性能进行更加准确的评估，并为其在未来的研究和应用中提供参考和指导。
同时，对于碳碳复合材料以及其他相关研究领域的学者和科研人员也具有一定的参考价值。
在研究过程中，我们将通过综合运用理论分析和实验验证相结合的方法，力求全面准确地揭示碳碳复合材料的热容性能，以期为相关领域的深入研究和应用提供一定的理论和实践指导。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要通过以下几个方面对碳碳复合材料的热容进行探讨和分析。
首先，对碳碳复合材料的定义和特点进行介绍，以便读者能够对该材料有一个基本的了解。
其次，将重点关注碳碳复合材料的热容性能，探究其在热学方面的表现和应用。
最后，通过总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，以及展望碳碳复合材料热容性能的未来研究方向，来对文章进行一个总结和展望。
碳碳复合材料范文
碳碳复合材料范文碳碳复合材料，也称为C/C复合材料，是由碳纤维和碳基矩阵组成的一种强度高、刚度高、耐高温、耐磨损的复合材料。
碳纤维是以聚丙烯腈为原料制成的纤维，经过高温炭化和高温石墨化处理后，形成具有高强度和高模量特性的碳纤维。
碳基矩阵则是通过热裂解、化学气相沉积等技术在碳纤维表面沉积碳元素形成的。
碳碳复合材料具有多种优良性能，使其在航空航天、汽车制造、高温装备等领域具有广泛应用。
首先，碳碳复合材料具有极高的强度和刚度，其强度约为钢的两倍，刚度约为铝的两倍。
这种优良的力学性能使得碳碳复合材料在航空航天领域可以用于制造高速飞行器、导弹等要求强度和刚度的零部件。
其次，碳碳复合材料具有出色的耐高温性能。
碳纤维和碳基矩阵都具有良好的耐高温性能，可在3000℃以上的高温下仍能保持较好的稳定性。
这使得碳碳复合材料成为制造高温装备的理想材料，如航空发动机喷嘴内衬、热保护罩等。
此外，碳碳复合材料还具有良好的耐磨损性能。
由于碳碳复合材料具有低摩擦系数和优异的耐磨损特性，使得其在汽车制造领域有着广泛的应用，如制动器、离合器摩擦片等。
然而，碳碳复合材料也存在一些不足。
首先，碳碳复合材料具有较高的制造成本。
碳纤维的生产、碳基矩阵的制备以及碳碳复合材料的成型和加工过程都需要经历多个复杂的工序，导致制造成本昂贵。
其次，碳碳复合材料的断裂韧性较差。
碳纤维本身是一种方向性较强的材料，对于非平面应力分布的情况下容易发生断裂。
为了改善碳碳复合材料的断裂韧性，常常采用增加复合材料的纤维体积分数、引入填料、改变制备工艺等方法。
此外，在碳碳复合材料的应用过程中，还需注意其氧化烧蚀性能。
由于碳碳复合材料中碳元素的存在，其在高温气氛中容易氧化，从而导致材料性能下降。
为了解决这个问题，可以在碳基矩阵表面涂覆一层陶瓷涂层，提高复合材料的抗氧化性能。
综上所述，碳碳复合材料作为一种具有高强度、高刚度、耐高温和耐磨损性能的复合材料，在航空航天、汽车制造、高温装备等领域具有广泛应用前景。
碳碳复合材料
碳／碳复合材料的分类定义:碳碳复合材料是指用碳纤维或石墨纤维为增强材料,以碳化或石墨化的树脂或用化学蒸气沉积的碳作为基体材料的复合材料。
特点:比强度大、比模量高、高温烧蚀性能好、耐热冲击、化学惰性好等优点，而且升华温度高，高温下仍能保持很高强度。
适用于高温的最佳的最佳先进复合材料。
根据增强材料与基体材料的不同，碳／碳复合材料可分为三种：碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳、石墨纤维增强石墨。
根据纤维的类型或编制方式，碳／碳复合材料可分为短纤维增强的碳／碳复合材料、单向连续纤维增强的碳／碳复合材料、层合织物(碳布重叠或原丝制毡)增强的碳／碳复合材料及三维立体编织物增强的碳／碳复合材料等多种。
短纤维复合材料的成本低，容易加工，但强度不高；连续纤维复合材料仅在纤维方向具有较高的强度；层合织物可在纤维平面上提供高强度和良好的抗冲击性能，而在垂直于纤维平面的方向上力学性能较差；三维织物增强的复合材料比其他几种形式的复合材料性能皆佳，整体性强，层间剪切强度高，但制造成本亦高。
由于碳在常压下不熔化，也不能溶解于任何溶剂中，因此不能直接用作基体材料。
基体制造工艺有两种。
第一种是先制成碳纤维增强热固性树脂基复合材料，然后在氧气中缓慢热分解，使树脂基体分解，并在沥青、酚醛树脂等溶液中反复进行浸渍并热解，最后只残留碳基体，得到碳／碳复合材料。
第二种是化学蒸气沉积法，即用碳氢化合物气体，如甲烷、乙炔等，在1000～1100℃下进行分解，在三维织物、碳毡、纤维缠绕件的结构空隙内进行沉积。
形成致密的碳／碳复合材料。
第一种制造方法常用的基体材料主要有沥青、酚醛、糠醛等含碳量高的树脂。
由于热分解时树脂中非碳元素的分解逸出，在基体中易产生空隙。
因此，制造时一般应利用化学蒸气沉积技术在空隙中沉积碳，以提高材料的致密性。
碳／碳复合材料与其他碳素材料一样，在空气中加热到400℃以上就会发生氧化。
即使很少量的烧蚀也会导致材料的物理性能和力学性能劣化。
碳碳复合材料概述
碳碳复合材料概述1概述碳／碳复合材料就是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体得复合材料,就是具有特殊性能得新型工程材料,也称为“碳纤维增强碳复合材料”。
碳／碳复合材料完全就是由碳元素组成,能够承受极高得温度与极大得加热速率。
它具有高得烧蚀热与低得烧蚀率,抗热冲击与在超热环境下具有高强度,被认为就是超热环境中高性能得烧蚀材料。
在机械加载时,碳／碳复合材料得变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂。
它得主要优点就是:抗热冲击与抗热诱导能力极强,具有一定得化学惰性,高温形状稳定,升华温度高,烧蚀凹陷低,在高温条件下得强度与刚度可保持不变,抗辐射,易加工与制造,重量轻。
碳／碳复合材料得缺点就是非轴向力学性能差,破坏应变低,空洞含量高,纤维与基体结合差,抗氧化性能差.制造加工周期长,设计方法复杂,缺乏破坏准则。
1958年,科学工作者在偶然得实验中发现了碳／碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程研究人员得普遍重视。
尽管碳／碳复合材料具有许多别得复合材料不具备得优异性能,但作为工程材料在最初得10年间得发展却比较缓慢,这主要就是由于碳／碳得性能在很大程度上取决于碳纤维得性能与谈集体得致密化程度。
当时各种类型得高性能碳纤维正处于研究与开发阶段,碳／碳制备工艺也处于实验研究阶段,同时其高温氧化防护技术也未得到很好得解决。
在20世纪60年代中期到70年代末期,由于现代空间技术得发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料得高温强度提出了更高要求,以及载人宇宙飞船开发等都对碳／碳复合材料技术得发展起到了有力得推功作用。
那时,高强与高模量碳纤维已开始应用于碳／碳复合材料,克服碳／碳各向异性得编织技术也得到了发展,更为主要得就是碳／碳得制备工艺也由浸渍树脂、沥青碳化工艺发展到多种CVD沉积碳基体工艺技术。
这就是碳／碳复合材料研究开发迅速发展得阶段,并且开始了工程应用。
由于20世纪70年代碳／碳复合材料研究开发工作得迅速发展,从而带动了80年代中期碳／碳复合材料在制备工艺、复合材料得结构设计,以及力学性能、热性能与抗氧化性能等方面基础理论及方法得研究,进一步促进与扩大了碳／碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域得推广应用。
碳碳复合材料(Composite materials)简介
材料基础培训-碳碳复合材料（Compos
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
高温拉伸蠕变性能
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
煤焦油沥青真空浸渍，650摄氏 度100MPa下 炭 化， 2300 摄氏度 在惰性气体下石墨化
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
界面强度测试
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
致密化次数的影响
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
复合材料抗氧化处理
• 如果发生氧化，CC复合材料的性能迅速下 降。当温度高于500℃，碳纤维和氧气接触， 碳纤维氧化的速度非常迅速。
• 当有2%-5%重量的碳纤维发生氧化，碳纤 维的力学性能会降低40%-50%。
• 抗氧化处理
– 通过净化去除催化氧化剂，钝化反应基 – 加入一些元素或化合物阻止氧气与纤维接触 – 开发外部涂层技术。
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
压缩试件尺寸的影响
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
高温压缩性能
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
2D C/C Torayca M40， 使用预浸纤维束方法， 6K碳纤维， 利用尼龙 似把纤维束固定成单向 的预浸渍板，[0/90]4s 对 称 铺 层 ， 873K HIP, 2273K 在 惰 性 气 体 环 境 下热处理，纤维体积分 数为40%。
碳碳复合材料
碳/碳复合材料什么是碳/碳复合材料？它是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，尤其是在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是全球最有发展前途的高温材料之一。
虽然碳/碳复合材料有很多十分优良的高温性能，但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应，从而导致材料的性能急剧下降。
所以，碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。
碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径，即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳/碳复合材料进行保护；随着温度的升高，则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料与氧的直接接触，以达到氧化防护的目的。
当前使用最多的是涂层的方法，随着科技不断进步，对碳/碳复合材料超高温性能的依赖越来越多，而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。
值得一提的是，C/C基复合材料是近一些年来全球最受重视的一种更耐高温的新材料。
因为只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上，发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料，曾经是美国21世纪重点发展的耐高温材料，尤其是全球先进工业国家拼力追求的最高战略目标。
所谓C/C基复合材料，就是碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的耐熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。
由于C/C基复合材料具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，因此，是当今最理想的耐高温材料，特别是在1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而能够提高。
特别是在1650℃以下时仍然还保持着室温环境下的强度和风度。
因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有非常大的发展潜力。
值得一提的是，C/C基复合材料在航空发动机应用的一个主要问题是抗氧化性能较差，所以，近几年美国通过采取一系列的工艺措施，让这一问题获得解决，并且逐步应用在新型发动机上。
碳碳复合材料
碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基基体组成的复合材料。
碳纤维是一种高强度、轻质的纤维材料，可以抵抗高温和
化学腐蚀。
碳基基体则提供了材料的机械强度和耐磨性能。
碳碳复合材料具有以下特点：
1. 高温耐性：碳碳复合材料能够在高达3000°C的温度下
保持其稳定性和强度。
2. 轻质高强：碳纤维的轻质性能使得碳碳复合材料具有较
高的比强度和刚度。
3. 良好的机械性能：碳碳复合材料具有优异的抗拉、压缩
和抗剪强度，使其适用于各种高性能应用。
4. 耐磨性能：碳碳复合材料具有出色的耐磨性，可用于制
造高速运动部件和摩擦材料。
5. 抗氧化性：碳碳复合材料能够抵抗氧化和腐蚀，因此可
以在恶劣的环境条件下使用。
碳碳复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、能源领域以及高温和特殊工程等领域。
例如，它们可以用于制造火箭喷嘴、涡轮叶片、制动系统、石油炼厂设备等。
由于其优异的性能和广泛的应用领域，碳碳复合材料被视为一种重要的高性能材料。
碳碳复合材料
碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种具有优异性能的新型材料，它由碳纤维和碳基胶粘剂组成，经过高温热处理而成。
这种材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，因此在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着广泛的应用。
首先，碳碳复合材料具有极高的强度和硬度。
碳纤维本身就是一种高强度材料，而且经过特殊工艺制成的碳碳复合材料，在高温环境下依然能够保持其强度和硬度，因此在航空航天领域被广泛应用于制造飞机机身、导弹外壳等部件。
其次，碳碳复合材料具有优异的耐高温性能。
这种材料在高温环境下不会发生
软化、熔化等现象，因此被广泛应用于航空发动机、航天器热屏蔽结构等部件的制造。
它能够承受极高的温度，保证设备在极端环境下的正常运行。
另外，碳碳复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。
在恶劣的环境下，例如海水、
化学品腐蚀等，碳碳复合材料能够保持其原有的性能，不会发生腐蚀、氧化等现象，因此在船舶建造、化工设备制造等领域有着广泛的应用。
总的来说，碳碳复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，它在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着重要的地位。
随着科技的不断进步，碳碳复合材料的性能将会得到进一步提升，其应用范围也将会不断扩大。
相信在不久的将来，碳碳复合材料将会成为各个领域中不可或缺的材料之一。
碳碳新型复合材料
碳碳复合材料摘要:文中给出了碳-碳复合材料的性质并与其他材料的性质进行了比较,对碳-碳复合材料构件的制造技术进行了归类,并对其发展提出了建议。
引言：碳-碳复合材料是碳纤维增强复合材料的一个重要分支。
它具有高强度，高模量，抗热震，耐烧蚀和比重小等优异特性。
可以用作各种宇宙飞行器（航天飞机和导弹等）的耐烧蚀材料和航空等工业耐磨材料，是发展航天、航空技术和导弹等武器急需的新材料。
目前仍处于发展阶段，但无疑是新世纪最具潜力的航天新材料之一，尤其在飞机发动机和飞机刹车盘制造方面有其他材料不可比拟的优越性。
1.碳-碳复合材料1.1碳-碳复合材料的概念碳-碳复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理制成的全碳质复合材料。
1.2碳-碳复合材料简介碳-碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%，故材料具有密度低，耐高温，抗腐蚀，热冲击性能好，耐酸、碱、盐，耐摩擦磨损等一系列优异性能。
此外，碳-碳复合材料的室温强度可以保持到2500摄氏度，对热应力不敏感，抗烧蚀性良好。
故该复合材料具有出色的机械特性，既可作为结构材料承载重荷，又可以作为功能材料发挥作用，适于各种高温用途使用。
2.碳-碳复合材料的性质2.1碳-碳复合材料特点1)高温力学性能极佳。
如图12）相当于金属的强度。
如图23）低密度，高强度，高模量，优异抵抗热冲击强度。
如表12.2碳-碳复合材料性能1）石墨化度对其影响石墨化度对碳-碳复合材料力学性能的影响非常复杂, 不同作者得到的结果不同, 有的甚至反。
对于炭纤维, 通常, 随着热处理温度升高, 强度先升高后降低, 转折温度点约为1900摄氏度。
对此不做赘述。
2）碳-碳复合材料的力学性能碳-碳复合材料的力学性能, 主要取决于碳纤维的种类、取向、含量以及制备工艺。
单向增强的CFC, 沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直的方向高出几十倍。
CFC 的高强高模量特性来自碳纤维,随着温度的升高, CFC 的强度不降反升, 而且要比室温下的强度还要高。
碳碳复合材料讲解
03
飞机刹车 材料关键
技术
C/C复合材料产业现状
C/C复合飞机刹车材料预制体成型技术 C/C复合飞机刹车材料快速致密化技术 C/C复合飞机刹车材料的氧化防护技术 C/C复合飞机刹车材料再生修复技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C/C复合材料产业现状
03
C/C复合飞机刹车材料预制体成型技术
预制体是C/C复合材料的增强骨架，它直接决定或影响着后续制备复合 材料的力学、热物理和摩擦等性能。
03
①先进碳/ 碳复合飞机刹车材料关键技术研究
先进碳/碳复合材料是我国大型飞机和高性能军机的关键刹车材料，碳/ 碳（C/C）复合材料刹车盘（简称碳盘）是飞机刹车装置普遍使用的关键器材， 它不仅是一种摩擦元件，而且是一种热库和结构元件。碳盘替换传统的钢刹 车盘可以获得明显减重以及大幅度进步刹车盘性能和使用寿命的效果，因此， 自从20世纪70年代装机首飞成功以来，目前国际上已有100余种大中型民航 客 机和先进军机采用了碳刹车技术，是否采用碳刹车装置已成为衡量现代航 空 机轮水平的重要标志之一。
03
C/C复合材料产业现状
C/C复合飞机刹车材料快速致密化技术
为了解决制备周期长这一关键题目，国外进行了大量的研发工作。 早在1994年，美国Textron公司报道，他们研发的高效工艺能在8h内制 备出碳盘样品，但主要题目是该方法一炉只能制备一个样品，至今仍未 能实现工程化。Vaidyaraman S等人研究的强制活动热梯度法能使沉积 速率进步12～30倍，但仅适用于制备外形简单的小样品（直径小于 100mm，厚度小于10mm），同样一炉只能制备一个样品，仍然无法
03
C/C复合材料产业现状
C/C复合飞机刹车材料快速致密化技术
碳碳复合材料应用单晶炉热场
高温稳定性
碳碳复合材料具有出色的耐高温 性能，能够在单晶炉热场中保持 稳定的物理和化学性质，确保单
晶炉热场的稳定运行。
轻质高强
碳碳复合材料具有轻质、高强的 特点，能够有效减轻单晶炉热场 的重量，提高热场的热效率，降
低能耗。
长寿命
碳碳复合材料的化学性质稳定， 不易与炉内物质发生反应，能够 保证单晶炉热场的长寿命运行。
未来发展方向与展望
新型碳碳复合材料的研发
随着科技的不断进步，未来将会有更多新型的碳碳复合材料出 现，这些新材料将具有更高的性能和更广泛的应用领域。
优化制备工艺
目前碳碳复合材料的制备工艺还存在一些问题，如成本高、周 期长等，未来将通过优化制备工艺，降低成本、缩短周期，提 高碳碳复合材料的可重复性和可扩展性。
碳碳复合材料在单晶炉热场中的解决方案
抗氧化涂层处理
通过涂覆抗氧化涂层，提高碳碳复合材料在高温 环境下的稳定性。
材料匹配设计
在设计和制造过程中，充分考虑材料的热膨胀系 数匹配问题，以减少热应力。
优化制备工艺
通过优化制备工艺，提高碳碳复合材料的性能和 稳定性，减少长期使用中的性能衰退。
05 结论
碳碳复合材料在单晶炉热场中的重要性
03 碳碳复合材料在单晶炉热 场中的应用
碳碳复合材料在单晶炉热场中的优势
高温性能优异
轻质高强
碳碳复合材料具有出色的高温稳定性，能 够在极高的温度下保持结构和性能的稳定 性，满足单晶炉热场的高温需求。
碳碳复合材料具有轻质、高强的特点，能 够有效减轻单晶炉热场的重量，同时提高 设备的机械强度和刚性。
轻质高强
碳碳复合材料具有轻质、高强 的特点，能够有效减轻结构重 量，提高结构强度。
碳碳复合材料
碳碳复合材料碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基复合材料组成的复合材料。
它具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于航天、航空、能源、汽车等领域。
碳纤维是碳碳复合材料的主要组成部分之一，它具有轻、强、刚、耐高温等特点。
碳纤维的强度比钢高五倍，刚度更高，而且密度只有一般钢材的四分之一。
这种优异的性能使得碳纤维成为航天航空领域中的重要材料，如制造飞机翼、导弹外壳等。
同时，碳纤维还可以用来制造汽车部件，如车身和刹车盘，以提高汽车的性能和燃油效率。
碳基复合材料是由含碳基体和碳基增强材料组成的复合材料。
它具有良好的导热性能和高温稳定性，可以在高温和极端环境下工作。
碳基复合材料通常用于制造火箭喷嘴、导弹外壳等需要耐高温和高速摩擦的部件。
此外，碳基复合材料还具有良好的耐磨性能和耐腐蚀性能，可以用于制造机械密封件和化学设备。
碳碳复合材料由碳纤维和碳基复合材料通过炭化、烧结等工艺制得。
碳纤维和碳基复合材料相结合，互补了各自的优点，形成了一种具有良好力学性能和热学性能的复合材料。
碳纤维可以增加碳基复合材料的强度和刚度，而碳基复合材料可以提高碳纤维的热传导性能和高温稳定性。
由于碳碳复合材料的优异性能，它被广泛应用于航天、航空、能源和汽车等领域。
在航天领域，碳碳复合材料可以用于制造导弹外壳、火箭喷嘴等高温高速工作的部件。
在航空领域，碳碳复合材料可以用于制造飞机翼、垂直尾翼等，提高飞机的性能和安全性。
在能源领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的导热元件，提高核反应堆的效率和安全性。
在汽车领域，碳碳复合材料可以用于制造车身和刹车盘，提高汽车的性能和燃油效率。
总之，碳碳复合材料具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于航天、航空、能源和汽车等领域，对推动高科技产业的发展和提高产品性能起到了重要作用。
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碳碳复合材料概述1概述碳／碳复合材料是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体(de)复合材料,是具有特殊性能(de)新型工程材料,也称为“碳纤维增强碳复合材料”. 碳／碳复合材料完全是由碳元素组成,能够承受极高(de)温度和极大(de)加热速率.它具有高(de)烧蚀热和低(de)烧蚀率,抗热冲击和在超热环境下具有高强度,被认为是超热环境中高性能(de)烧蚀材料.在机械加载时,碳／碳复合材料(de)变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂.它(de)主要优点是：抗热冲击和抗热诱导能力极强,具有一定(de)化学惰性,高温形状稳定,升华温度高,烧蚀凹陷低,在高温条件下(de)强度和刚度可保持不变,抗辐射,易加工和制造,重量轻.碳／碳复合材料(de)缺点是非轴向力学性能差,破坏应变低,空洞含量高,纤维与基体结合差,抗氧化性能差．制造加工周期长,设计方法复杂,缺乏破坏准则.1958年,科学工作者在偶然(de)实验中发现了碳／碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程研究人员(de)普遍重视.尽管碳／碳复合材料具有许多别(de)复合材料不具备(de)优异性能,但作为工程材料在最初(de)10年间(de)发展却比较缓慢,这主要是由于碳／碳(de)性能在很大程度上取决于碳纤维(de)性能和谈集体(de)致密化程度.当时各种类型(de)高性能碳纤维正处于研究与开发阶段,碳／碳制备工艺也处于实验研究阶段,同时其高温氧化防护技术也未得到很好(de)解决.在20世纪60年代中期到70年代末期,由于现代空间技术(de)发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料(de)高温强度提出了更高要求,以及载人宇宙飞船开发等都对碳／碳复合材料技术(de)发展起到了有力(de)推功作用.那时,高强和高模量碳纤维已开始应用于碳／碳复合材料,克服碳／碳各向异性(de)编织技术也得到了发展,更为主要(de)是碳／碳(de)制备工艺也由浸渍树脂、沥青碳化工艺发展到多种CVD沉积碳基体工艺技术.这是碳／碳复合材料研究开发迅速发展(de)阶段,并且开始了工程应用.由于20世纪70年代碳／碳复合材料研究开发工作(de)迅速发展,从而带动了80年代中期碳／碳复合材料在制备工艺、复合材料(de)结构设计,以及力学性能、热性能和抗氧化性能等方面基础理论及方法(de)研究,进一步促进和扩大了碳／碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域(de)推广应用.尤其是预成型体(de)结构设计和多向编织加工技术日趋发展,复合材料(de)高温抗氧化性能已达1700oC,复合材料(de)致密化工艺逐渐完善,并在快速致密化工艺方面取得了显着进展,为进一步提高复合材料(de)性能、降低成本和扩大应用领域奠定了基础. 目前人们正在设法更有效地利用碳和石墨(de)特性,因为无论在低温或很高(de)温度下,它们都有良好(de)物理和化学性能.碳／碳复合材料(de)发展主要是受宇航工业发展(de)影响,它具有高(de)烧蚀热．低(de)烧蚀率．在抗热冲击和超热环境下具有高强度等一系列优点,被认为是超热环境中高性能(de)烧蚀材料.例如,碳／碳复合材料制作导弹(de)鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹(de)突防能力和命中率.碳／碳复合材料具有一系列优异性能,使它们在宁宙飞船、人造卫星、航大飞机、导弹、原子能、航空以及一般工业部门中都得到了日益广泛(de)应用.它们作为宇宙飞行器部件(de)结构材料和热防护材料,不仅可满足苛刻环境(de)要求,而且还可以大大减轻部件(de)重量,提高有效载荷、航程和射程.碳／碳复合材料还具有优异(de)耐摩擦性能和高(de)热导率,使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到了应用. 碳与生物休之间(de)相容性极好,再加上碳／碳复合材料(de)优异力学性能,使之适宜制成生物构件插入到活(de)生物机体内作整形材料,例如：人造骨路,心脏瓣膜等. 今后,随着生产技术(de)革新,产量进步扩大．廉价沥青基碳纤维(de)开发及复合工艺(de)改进,使碳／碳复合材料将会有更大(de)发展. 2碳／碳复合材料(de)制造工艺最早(de)碳／碳复合材料是由碳纤维织物二向增强(de),基体由碳收率高(de)热固性树脂(如酚醛树脂)热解获得.采用增强塑料(de)模压技术,将二向织物与树脂制成层压体,然后将层压体进行热处理,使树脂转变成碳或石墨.这种碳／碳复合材料在织物平面内(de)强度较高,在其他方向上(de)性能很差,但因其抗热应力性能和韧性有所改善,并且可以制造尺寸大、形状复杂(de)零部件,因此,仍有一定用途.为了克服两向增强(de)碳／碳复合材料(de)缺点,研究开发了多向增强(de)碳／碳复合材料.这种复合材料可以根据需要进行材料设计,以满足某一方向上对性能(de)最终要求.控制纤维(de)方向、某一方向(de)体积含量、纤维间距和基体密度,选择不同类型(de)纤维、基体和工艺参数,可以得到具有需要(de)力学、物理及热性能(de)碳／碳复合材料. 多向增强(de)碳／碳复合材料(de)制造分为两大步：首先是制备碳纤维预制件,然后将预制件与基体复合,即在预制件中渗入碳基体.碳／碳复合材料制备过程包括增强体碳纤维及其织物(de)选择、基体碳先驱体(de)选择、碳／碳预成型体(de)成型工艺、碳基体(de)致密化工艺,以及最终产品(de)加工、检测等环节. （1）碳纤维(de)选择碳纤维纱束(de)选择和纤维织物结构(de)设计是制造碳／碳复合材料(de)基础.可以根据材料(de)用途、使用(de)环境以及为得到易于渗碳(de)预制件来选择碳纤维.通过合理选择纤维种类和织物(de)编织参数(如纱束(de)排列取向、纱束间距、纱束体积含量等),可以改变碳／碳复合材料(de)力学性能和热物理性能,满足产品性能方向设计(de)要求.通常使用加捻、有涂层(de)连续碳纤维纱.在碳纤维纱上涂覆薄涂层(de)目(de)是为编织方便,改善纤维与基体(de)相容性.用做结构材料时,选择高强度和高模量(de)纤维．纤维(de)模量越高,复合材料(de)导热性越好；密度越大,膨胀系数越低.要求导热系数低时,则选择低模量(de)碳纤维.一束纤维中通常含有1000-10000根单丝,纱(de)粗细决定着基体结构(de)精细性.有时为了满足某种编织结构(de)需要,可将不同类型(de)纱合在一起.另外,还应从价格、纺织形态、性能及制造过程中(de)稳定性等多方面(de)因素来选用碳纤维.可供选用(de)碳纤维种类有粘胶基碳纤维、聚丙烯腊(PAN)基碳纤维和沥青基碳纤维. 目前,最常用(de)PAN基高强度碳纤维(如T300)具有所需(de)强度、模量和适中(de)价格.如果要求碳／碳复合材料产品(de)强度与模量高及热稳定性好,则应选用高模量、高强度(de)碳纤维；如果要求热传导率低,则选用低模量碳纤维(如粘胶基碳纤维).在选用高强碳纤维时,要注意碳纤维(de)表面活化处理和上胶问题.采用表面处理后活性过高(de)碳纤维,使纤维和基体(de)界面结合过好,反而使碳／碳呈现脆性断裂,导致强度降低.因此,要注意选择合适(de)上胶胶料和纤维织物(de)预处理制度,以保证碳纤维表面具有合适(de)活性. （2）碳纤维预制体(de)制备预制体是指按照产品(de)形状和性能要求,先将碳纤维成型为所需结构形状(de)毛坯,以便进一步进行碳／碳致密化工艺.按增强方式可分为单向纤维增强、双向织物和多向织物增强,或分为短纤维增强和连续纤维增强.短纤维增强(de)预制体常采用压滤法、浇铸法、喷涂法、热压法.对于连续长丝增强(de)预制体,有两种成型方法：一种是采用传统(de)增强塑料(de)方法,如预浸布、层压、铺层、缠绕等方法做成层压板、回旋体和异形薄壁结构；另一种是近年得到迅速发展(de)纺织技术——多向编织技术,如三向编织、四向编织、五向编织、六向编织以至十一向编织、极向编织等.单向增强可在一个方向上得到最高拉伸强度(de)碳／碳.双向织物常常采用正交平纹碳布和8枚缎纹碳布.平纹结构性能再现性好,缎纹结构拉伸强度高,斜纹结构比平纹容易成型.由于双向织物生产成本较低,双向碳／碳在平行于布层(de)方向拉伸强度比多晶石墨高,并且提高了抗热应力性能和断裂韧性,容易制造大尺寸形状复杂(de)部件,使得双向碳／碳继续得到发展.双向碳／碳(de)主要缺点是：垂直布层方向(de)拉伸强度较低,层间剪切强度较低,因而易产生分层. 多向编织技术能够针对载荷进行设计,保证复合材料中纤维(de)正确排列方向及每个方向上纤维(de)含量.最简单(de)多向结构是三向正交结构.纤维按三维直角坐标轴x、y、z排列,形成直角块状预制件.纱(de)特性、每一点上纱(de)数量以及点与点(de)间距,决定着预制件(de)密度、纤维(de)体积含量及分布.在x、y、z三轴(de)每一点上,各有一束纱(de)结构(de)充填效率最高,可达75％,其余25％为孔隙.由于纱不可能充填成理想(de)正方形以及纱中(de)纤维间有孔隙,因而实际(de)纤维体积含量总是低于75％.在复合材料制造过程中,多向预制件中纤维(de)体积含量及分布不会发生明显变化,在树脂或沥青热解过程中,纤维束和孔隙内(de)基体将发生收缩,不会明显改变预制件(de)总体尺寸.三向织物研究(de)重点在细编织及其工艺、各向纤维(de)排列对材料(de)影响等方面.三向织物(de)细编程度越高,碳／碳复合材料(de)性能越好,尤其是作为耐烧蚀材料更是如此. 为了形成更高各向同性(de)结构,在三向纺织(de)基础上,已经发展了很多种多向编织,可将三向正交设汁改型,编织成四、五、七和十一向增强(de)领制件.九向结构是在三向正交结构(de)基础上,在xy平面内补充两个45o(de)方向,在三向正交结构中,如果按上下面(de)四条对角线或上下面各边中点(de)四条连线补充纤维纱,则得七向预制件.在这两种七向预制件中去掉二个正交方向上(de)纱,便得四向结构.在三向正交结构中(de)四条对角线上和四条中点连线上同时补充纤维纱,可得非常接近各向同性结构(de)十一向预制件.将纱按轴向、径向和环向排列,可得圆筒和回转体(de)预制件.为了保持圆筒形编织结构(de)均匀性,轴向纱(de)直径应由里向外逐步增加,或者在正规结构中增加径向纱.在编织截头圆锥形结构时,为了保持纱距不变和密度均匀,轴向纱应是锥形(de).根据需要可将圆筒形和截头圆锥形结构变形,编织成带半球形帽(de)圆筒和尖形官窿(de)预制件. 制造多向预制件(de)方法有：干纱编织、织物缝制、预固化纱(de)编排、纤维缠绕以及上述各种方法(de)组合. 1) 干纱编织干纱编织是制造碳／碳复合材料最常用(de)一种方法.按需要(de)间距先编织好x和y方向(de)非交织直线纱,x、y层中相邻(de)纱用薄壁钢管隔开,预制件织到需要尺寸时,去掉这些管子,用垂直(z向)(de)碳纤维纱代替.预制件(de)尺寸决定于编织设备(de)大小.用圆筒形编织机能使纤维按环向、轴向、径向排列,因而能制得回转体预制件.先按设计做好扎板,再将金属杆插入孔板,编织机自动地织好环向和径向纱,最后编织机自动取出金属杆以碳纤维纱代替. 2)穿刺织物结构如果用两向织物代替三向干纱编织预制什中x、y方向上(de)纱,就得到穿刺织物结构.具体制法是：将二向织物层按设计穿在垂直(z向)(de)金属杆上．再用未浸过或浸过树脂(de)碳纤维纱并经固化(de)碳纤维——树脂杆换下金属杆即得最终顶制件.在x、y方向可用不同(de)织物,在z向也可用各种类型(de)纱.同种石墨纱用不同方法制得(de)预制件(de)特性差别显着,穿刺织物预制件(de)纤维总含量和密度都较高．有更大(de)通用性. 3)预固化纱结构预固化纱结构与前两种结构不向,不用纺织法制造：这种结构(de)基本单元体是杆状预固化碳纤维纱,即单向高强碳纤维浸酚醛树脂及固化后得(de)杆.这种结构比较有代表性(de)是四向正规四面体结构,纤维按二向正交结构中(de)四条对角线排列,它们之间(de)夹角为.预固化杆(de)直径为1~,为了得到最大充填密度,杆(de)截面呈六角形,碳纤维(de)最大体积含量为75％,根据预先确定(de)几何图案很容易将预固化(de)碳纤维杆组合成四向结构. 用非纺织法也能制造多向圆筒结构.先将预先制得(de)石墨纱——酚醛预固化杆径向排列好,在它们(de)空间交替缠绕上涂树脂(de)环向和轴向纤维纱,缠绕结束后进行固化得到二向石墨——酚醛圆筒,再经进一步处理,即成碳／碳复合材料. 3碳／碳(de)致密化工艺 , 碳／碳致密化工艺过程就是基体碳形成(de)过程,实质是用高质量(de)碳填满碳纤维周围(de)空隙,以获得结构、性能优良(de)碳／碳复合材料.最常用(de)有两种制做工艺：液相浸渍法和化学气相沉积法. 1)液相浸渍法液相浸债工艺是制造碳／碳(de)一种主要工艺.按形成基体(de)浸渍剂,可分为树脂浸渍、沥青浸渍及沥青树脂混浸工艺；按浸渍压力,可分为低压、中压和高压浸渍工艺.通常可用做先驱体(de)有热固性树脂,例如：酚醛树脂和呋喃树脂以及煤焦油沥青和石油沥青. ①浸渍用基体先驱体(de)选择在选择基体(de)先驱体时,应考虑下列特性：黏度、产谈率、焦炭(de)微观结构和晶体结构.这些特性都与碳／碳复合材料制造过程中(de)时间-温度-压力关系有关.绝大多数热固性树脂在较低温度(低于250oC)下聚合成高度交联(de)、不熔(de)非晶固体.热解时形成玻璃态碳,即使在3000 oC时也不能转变成石墨,产碳率为50％—56％,低于煤焦油沥青.加压碳化并不使碳收率增加,密度也较小(小于1,5g／cm3).酚醛树脂(de)收缩率可达20％,这样大(de)收缩率将严重影响二向增强(de)碳／碳复合材料(de)性能.收缩对多向复合材料性能(de)影响比二向复合材料小.预加张力及先在400—600oC范围内碳化,然后再石墨化都有助于转变成石墨结构. 沥青是热塑性(de),软化点约为400oC,用它作为基体(de)先驱体可归纳成以下要点：下(de)碳收率约为50％；在大于或等于10 MPa压力下碳化,有些沥青(de)碳收率可高达90％；焦炭结构为石墨态,密度约为2g／cm3,碳化时加压将影响焦炭(de)微观结构. ②低压过程预制件(de)树脂浸渍通常将领制体置于浸渍罐中,在温度为50 oC左右(de)真空下进行浸渍,有时为了保证树脂渗入所有孔隙也施加一定(de)压力,浸渍压力逐次增加至3~5MPa,以保证织物孔隙被浸透.浸渍后,将样品故入固化罐中进行加压固化,以抑制树脂从织物中流出.采用酚醛树脂时固化压力为l MPa左右,升温速度为5~10oC/h,固化温度为140~170oC,保温2h；然后,再将样品放入碳化炉中,在氮气或氩气保护下,进行碳化(de)温度范围为650~1100oC,升温速度控制在10~30oC/h,最终碳化温度为1000 oC,保温1h. 沥青浸渍工艺常常采用煤沥青或石油沥青作为浸渍剂,先进行真空浸渍,然后加压浸渍.将装有织物预制体(de)容器故人真空罐中抽真空,同时将沥青放人熔化罐中抽真空并加热到250oC,使沥青融化,强度变小；然后将熔化沥青从熔化罐中注入盛有预制体(de)容器中,使沥青浸没预制体．待样品容器冷却后,移人加压浸渍罐中,升温到250℃进行加压涅渍,使沥青进一步浸入预制体(de)内部空隙中,随后升温至600~700oC进行加压碳化.为了使碳／碳具有良好(de)微观结构和性能,在沥青碳化时要严格控制沥青中间相(de)生长过程,在中间相转变温度(430~460℃)．控制中间相小球生长、合并和长大. 在碳化过程中树脂热解,形成碳残留物,发生质量损失和尺寸变化,同时在样品中留下空隙.因此,浸渍——热处理需要循环重复多次,直到得到一定密度(de)复合材料为止.低压过程中制得(de)碳／碳复合材料(de)密度为~／cm3.,孔隙率为8％—10％. ⑧高压过程先用真空——压力浸渍方法对纤维预制体浸渍沥青,在常压下碳化,这时织物被浸埋在沥青碳中,加工以后取出已硬化(de)制品,把它放入一个薄壁不锈钢容器(称为“包套”)中,周围填充好沥青,并将包套袖真空焊封起来；然后将包套放进热等静压机中慢慢加热,温度可达600~700oC,同时施加7~100 MPa(de)压力.经过高压浸渍碳化之后,将包套解剖,取出制品,进行粗加工．去除表层；最后在2500~2700oC(de)温度和氩气保护下进行石墨化处理.上6碳／碳复台材料(de)氧化保护碳／碳复合材料具有优异(de)高温性能,当工作温度超过2000oC时,仍能保持其强度,它是理想(de)耐高温工程结构材料,已在航空航天及军事领域得到广泛应用.但是,在有氧存在(de)气氛下,碳／碳复合材料在400oC以上就开始氧化.碳／碳复合材料(de)氧化敏感性限制了它(de)扩大应用.解决碳／碳复合材料高温抗氧化(de)途径主要是,采用在碳／碳复合材料表面施加抗氧化涂层,使C与O2隔开,保护碳／碳复合材料不被氧化.另一个解决高温抗氧化(de)途径是,在制备碳／碳复合材料时,在基体中预先包含有氧化抑制剂. 1)抗氧化涂层法在碳／碳复合材料(de)表面进行耐高温氧化材料(de)徐层,阻止与碳／碳复合材料(de)接触,这是一种十分有效地提高复合材料抗氧化能力(de)方法.一般而言,只有熔点高、耐氧化(de)陶瓷材料才能作为碳／碳复合材料(de)防氧化涂层材料.通常,在碳／碳复合材料表面形成涂层(de)方法有两种：化学气相沉积法和固态扩散渗透法.防氧化涂层必须具有以下特性：与碳／碳复合材料有适当(de)黏附性,既不脱粘,又不会过分渗透到复合材料(de)表面；与碳／碳复合材料有适当(de)热膨胀匹配,以避免涂覆和使用时因热循环造成(de)热应力引起涂层(de)剥落；低(de)氧扩散渗透率,即具有较高(de)阻氧能力,在高温氧化环境中氧延缓通过涂层与碳／碳复合材料接触；与碳／碳复合材料(de)相容稳定性,既可防止涂层被碳还原而退化,又可防止碳通过涂层向外扩散氧化；具有低(de)挥发性,避免高温下自行退化和防止在高速气流中很快被侵蚀. 硅基陶瓷具有最佳(de)热膨胀相容性,在高温时具有最低(de)氧化速率,比较硬且耐烧蚀.SiC具有以上优点并且原料易得,当02分压较高时,其氧化产物固态SiO2在1650oC 以下是稳定(de),形成(de)玻璃态SiO2薄膜能防止02进一步向内层扩散.因此,在碳／碳表面渗上一层SiC涂层,能有效地防止碳／碳在高温使用时(de)氧化.在碳／碳表面形成SiC涂层(de)方法有两种：一种方法是采用固体扩散渗SiC工艺,另一种方法是近年来采用(de)化学气相沉积法.此外,利用硅基陶瓷涂层(SiC、Si3C4)对碳／碳进行氧化防护,其使用温度一般在1700~1800oC以下,高于1800oC使用(de)碳／碳复合材料(de)氧化防护问题还有待研究解决. 2)抑制剂法从碳／碳复合材料内部抗氧化措施原理来说,可以来取两种办法,即内部涂层和添加抑制剂.内部涂层是指在碳纤维上或在基体(de)孔隙内徐覆可起到阻挡氧扩散(de)阻挡层.但由于单根碳纤维很细(直径约7um),要预先进行涂层很困难,而给碳／碳复合材料基体孔隙内涂层,在工艺上也是相当困难(de).因此,内部涂层(de)办法受到很大限制.而在碳／碳复合材料内部添加抑制剂,在工艺上相对容易得多,而且抑制剂或可以在碳氧化时抑制氧化反应,或可先与氧反应形成氧化物,起到吸氧剂作用. 在碳、石墨以及碳／碳复合材料中,采用抑制剂主要是在较低温度范围内降低碳(de)氧化.抑制剂是在碳／碳复合材料(de)碳或石墨基体中,添加容易通过氧化而形成玻璃态(de)物质.研究表明,比较经济而且有效(de)抑制剂主要有B203,、B4C和ZrB2等硼及硼化物.硼氧化后形成B202；具有较低(de)熔点和强度,因而在碳和石墨氧化(de)温度下,可以在多孔体系(de)碳／碳复合材料中很容易流动,井填充到复合材料内连(de)孔隙中去,起到内部涂层作用,既可阻断氧继续侵入(de)通道,又可减少容易发生氧化反应(de)敏感部位(de)表面积.同样,B4C、ZrD2等也可在碳氧化时生成一部分CO后,形成B302,例如B4C依以下反应形成B203. 研究表明,抑制剂在起到抗氧化保护时,碳／碳复合材料有一部分已经被氧化.硼酸盐类玻璃形成后,具有较高(de)蒸气压以及较高(de)氧(de)扩散渗透率.因此,一般碳／碳复合材料采用内含抑制剂(de)方法,大都应用在600oC以下(de)防氧化. 3碳／碳复合材料(de)性能碳／碳复合材料(de)性能与纤维(de)类型、增强方向、制造条件以及基体碳(de)微观结构等因素密切相关,但其性能可在很宽(de)范围内变化.由于复合材料(de)结构复杂和生产工艺(de)不同．有关文献报道(de)数据分散性较大,仍可以从中得出一些一般性(de)结论. （1）碳／碳复合材料(de)化学和物理性能碳／碳复合材料(de)体积密度和气孔率随制造工艺(de)不同变化较大,密度最高(de)可达 2．o 6／cm 5,开f[气孔率为2％—3％.树脂碳用做基体(de)盼碳复合材料,体积密度约又 1．5g ／cm J. 耐碳复合材料除含有少量(de)氢、氮和微量(de)金属元素外．99％以亡都是由元素碳组成‘因此,碳／碳复合材料与石墨样具合化学稳定性．它勺一舱(de)酸、碱、盐溶液不起反应p不溶于有机溶剂,只与浓氧化性酸溶液起反应.碳在石墨态下,只有加热到4000霓,才会熔化(在压力超过12cPa条件产)；只有加热到2500 Y以上,才能测出其塑性变形；在常压下加热致 3删吧,碳才仆始升华.伊碳复合材料具有碳(de)优良性能,包括耐高温、抗腐蚀、较低(de)邦膨胀系数和较好(de)抗热冲击性能. 份碳复合材料在常温下不与氧作用,开始氧化(de)温度为则Y(特别是当微量K、Na、c5 等分属杂质存在时),温度高于600 Y将会发生严重氧化.队碳复合材料(de)最大缺点是耐匀化性能差. 碳／碳复合材料(de)热物理件能仍然典有碳和石墨材料(de)特征,主要表现为以下特点：①热导率较高酣碳复合材料(de)热导率随石墨化程度(de)提高而增加.阶碳复合材料热寻率还勺纤维(特别是石墨纤维)(de)方向有关.热导率高(de)阶碳复合材料具有较好(de)抗效应力性能,但却给结构设计带来困难(要求采取绝热措施).队碳复合材料(de)热导率—‘般为 250 W／(m·K). ②热膨胀系数较小多晶碳和心墨(de)热膨胀系数主要取决于品体(de)取向度,同时也受到扎陈度和裂纹(de)影响.因此,碳／碳复合材料(de)热膨胀系数随着柯墨化程度(de)提高而降低.热膨胀系数小,使得阶碳复合材料结构在温度变化时尺寸稳定性特别好.由于热膨胀系数小 (一般(o 5—1．5)M10‘／Y),胁碳复合材料(de)抗热应力性能比较好.所有这些性能对1；在宁航方圆(de)设计和应用非常重要. ③比热容大与碳和石墨材料柏近,室洲至2删℃,比热容约为800—2删J／(kg·K)L)l [2)矽碳复台材料(de)力学性能耐碳复合材料(de)力学性能主要取决于碳纤维(de)种类、取向、含量和制备工艺等.研究友明．酣碳复合材料(de)高强度、高模量特性主要是来自碳纤维,。