CC复合材料性能参数

(整理)CC复合材料的制备及方法.

C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。

优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

缺点：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。

二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。

技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。

影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。

工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。

接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。

温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。

二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。

热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。

浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。

渗碳方法：化学气相沉积法。

基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。

化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。

cc复合材料

（2）抗氧化涂层要能减少碳向外扩散，这点对含有氧化物的涂层尤为重要，因为氧化物易被C 还原；
（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。

CC复合材料

由于C/C复合材料的高温力学性能,使之有可能成为工作温度达1500～1700 ℃的航空发动机的理想材料,有着潜在的发展前景。
用于叶片和活塞, 可明显减轻重量, 提高燃烧室的温度, 大幅度提高热效率。
涡轮发动机
4．内燃发动机
发动机活塞和活塞环；高性能密封材料
C/C复合材料因其密度低、优异的摩擦性能、热膨胀率低,从而有利于控制活塞与汽缸之间的空隙,目前正在研究开发用其制活塞。
浸渍热固性树脂
碳化、墨化
通入HC化合物气体
加热分解、沉积
化学气相沉积法
C/C复合材料
立式化学气相沉积炉
C/C复合材料的展望
今后将以结构C/C复合材料为主，向功能和多功能C/C复合材料发展；
在编制技术方面：由单向朝多向发展；机械针织技术方面：由简单机械向高度机械化、微机化
和计算机程控全自动化发展；应用方面：由先进飞行器向普通航空和汽车、非航天高
C/C复合材料的用途
1．刹车领域的应用
C/C复合材料刹车盘的实验性研究于上世纪1973年第一次用于飞机刹车。一半以上的C/C复合材料用做飞机刹车装置。
1.重量轻、耐温高 2.比热容比钢高2. 5 倍 3.同金属刹车相比可节省40 % 的结构重量 4.碳刹车盘的使用寿命是金属的5~7倍 5.刹车力矩平稳，刹车时噪声小
C/C复合材料在偏光下的三种基本显微结构
C/C复合材料的性能
1．高温性能好：耐烧蚀（3000℃ ）；耐高温（升华温度 3800℃）；强度随温度的升高不降反升的独特性能，使其作为高性能发动机热端部件和使用于高超声速飞行器热防护系统。 2．低比重、高比强、高比模、低热膨胀系数。 3．耐热冲击、耐烧蚀、耐含固体微粒燃气的冲刷。 4．质量轻，密度为1.65-2.0g/cm3，仅为钢的四分之一。

炭炭复合材料

炭/炭复合材料一、综述炭/炭复合材料(C/C)是由炭纤维及其制品(炭毡或炭布)增强的炭纤维复合材料。

C/C的组成元素只有一个，即碳元素，因而C/C 具有许多炭和石墨材料的优点，如密度低(石墨的理论密度为2.2 g/cm3)和优异的热性能，即高的导热性、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等特性。

作为新型结构材料，C/C还具有优异的力学性能，如高温下的高强度和模量，尤其是其随温度的升高，强度不但不降低，反而升高的特性以及高断裂韧性、低蠕变等性能。

这些特性，使C/C复合材料成为目前唯一可用于高温达2800 ℃的高温复合材料。

C/C复合材料在航空航天、核能、军事以及许多工业领域受到极大关注。

二、C/C复合材料的应用世界各国均把C/C复合材料用作导弹及先进飞行器高温区的主要热结构材料，随着材料性能的不断改进，其应用领域逐渐拓宽。

1、航空航天领域的应用包括先进飞行器上的应用、固体火箭发动机喷管上的应用、刹车领域的应用等。

2、生物学上的应用--骨修复上C/C复合材料能控制孔隙的形态，这是很重要的特性，因为多孔结构经处理后，可使天然骨骼融入材料之中，目前C/C复合材料在临床上已有骨盘骨夹板和骨针的应用;人工心脏瓣膜中耳修复材料也有研究报道;人工齿根已取得了很好的临床应用效果。

三、性能(1)物理性能有耐酸、碱和盐的化学稳定性，其比热容大，热导率随石墨化程度的提高而增大，线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等优越性能。

(2)力学性能炭纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍，C/C复合材料的拉伸强度大于270 MPa，单向高强度C/C复合材料可达700 MPa以上。

(3)热学及烧蚀性能C/C复合材料导热性能好、热膨胀系数低，因而热冲击能力很强，不仅可用于高温环境，而且适合温度急剧变化的场合。

其比热容高，这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。

四、制备（1）液相浸渍工艺液相浸渍工艺是制备C/C复合材料的一种主要工艺。

碳碳复合材料

碳/碳复合材料摘要：C/ C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料, 密度小、比强度大、线膨胀系数低( 仅为金属的1/ 5~ 1/ 10) 、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。

特别是C/ C 复合材料在1 000℃~ 2 300℃时强度随温度升高而升高, 是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料[ 1~ 7]。

C/ C 复合材料是具有优异耐高温性能的结构与功能一体化工程材料。

它和其它高性能复合材料相同,是由纤维增强相和基体相组成的一种复合结构, 不同之处是增强相和基体相均由具有特殊性能的纯碳组成[8.9]。

关键词：C/C复合材料发展高性能成型加工化学沉积航空航天易氧化1.碳/碳复合材料的发展C/C复合材料的首次出现是于1958年在Chance Vought航空公司实验室偶然得到的，当测定C纤维在一有机基体复合材料中的含量时，由于实验过程中的失误，有机基体没有被氧化，反而被热解，得到了C基体，结果发现这种复合材料具有结构特征，因而C/C复合材料就诞生了。

C/C复合材料技术在最初十年间发展的很慢，到六十年代末期，才开始发展成为工程材料中新的一员，自七十年代，在美国和欧洲得到很大发展，推出了C 纤维多向编织技术，高压液相浸渍工艺及化学气相浸渍法（CVI），有效地得到高密度的C/C复合材料，为其制造、批量生产和应用开辟了广阔的前景。

八十年代以来，C/C复合材料的研究极为活跃，前苏联、日本等国也都进去这一先进领域，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。

2.碳/碳复合材料的特征C/ C 复合材料具有低密度、高强度、高比模、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2 000℃以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性( 组织成分及力学性能上均相容) 、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能[10.11]，尤其是C /C 复合材料强度随温度的升高不降反升的独特性能，使其作为高性能发动机热端部件和使用于高超声速飞行器热防护系统具有其它材料难以比拟的优势［12］。

碳碳(C、C)复合材料介绍(ppt 38页)

连续高温炉在设计和制造使更多的选择并使用标准品。与耐热刚的联接板不同，C/的联接板没有热变性，使用寿命长，可以降低托盘的更换频率，减少驴子维修次数，提高生产效率。此外，由于托盘本身重量的降低，保温性能的提高，降低了搬送设备的负荷，并且大幅降低了能源损耗。
耐热材料领域-炉内材料-保温材
和“石墨”比较和“陶瓷”比较
更高的强度更好的韧性，不易破碎
更好的韧性，不易破碎不易粘结（不会胶合）耐热冲击性好容易加工
和“树脂”比较
良好的耐热性良好的耐腐蚀性高的耐摩擦性
C/C复合材料应用领域介绍
耐热材料领域
C/C复合材料 C/C金属复合材料
优良的耐热性能及低重量，可作为金属热处理过程中的工具，如烧制垫板，料盒，以及高温炉内耐温材料。可以提高成品率及生产效率
摩擦材料领域
根据先进的制造技术，制造出的优良的耐磨产品，可用作夹具，刹车片，火车导电架的滑板等等。
高机械性能领域
C/C复合材料和 C/CMC产品集质量轻，耐热好，热膨胀小，高强度，高弹性等优点于一身，可满足产业界多种多样的需要。
耐热材料领域
➢产品在2000℃~2500℃下生产而成，遇热变形的状况不会发生。 ➢同时，为了使产品达到更好的耐热冲击性，产品经过了反复的热处理。 ➢产品的密度为1.6~1.7g/cm3, 产品重量是耐热钢的1/4。 ➢因为碳素纤维经过强化处理，强度是原来石墨材料的3~5倍，产品掉落也不会产生损伤。
对于连续高温炉，一般其设计和制造都会采用标准品。当炉内运送重物时，一般会采用薄钢板。 C/C复合材料与原来的耐热刚质辊棒相比，其不同之处在于C/C耐热性能高，不需要进行水冷。因此可以提高炉内的保温性。并且避免水冷系统漏水的问题。同时，由于C/C材料几乎没有热变性，可以大幅降低维修的次数，提高生产效率。 C/C辊棒本身质量轻，能够减少炉内20~50%的能量损耗。

C复合材料

度工艺等三种基本工艺方法（图11 – 6）：
图 11 – 6 碳碳复合材料的CVD（CVI）工艺示意图
2） – 1 等温工艺
将预成型体置于均温CVD（CVI）炉中，导入碳氢化合物气体，控制炉温和气体的流量和分压以控制反应气体和生成气体在孔隙中的扩散，以便得到均匀的沉积。为了防止孔隙的过早封闭，应使反应沉积速率低于扩散速率。这样沉积速率将非常缓慢。为了提高制品的致密度，需要在沉积一定时间后，对制品机加工，除去已封闭的外表面，然后再进行沉积。如此循环，整个工艺需要长达数百上千小时的时间。等温工艺的优点是可以生产大型构件，并同时可在一炉中装入若干件预成型体进行沉积。
1 – 2 基体碳
典型的基体碳有热解碳（CVD碳）和浸渍碳化碳。前者是由烃类气体的气相沉积而成；后者是合成树脂或沥青经碳化和石墨化而得。 1） CVD碳：主要以来原料有甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天然气等碳氢化合物。 CH4（g） C （s）+ 2H2（g）沉积根据不同的沉积温度可获得不同形态的碳，在950 ~ 1100C为热解碳；1750 ~ 2700C 为热解石墨。
2） – 4 其它工艺
（4）直热式CVI工艺直热式CVI工艺具有均匀、快速的特点。其原理是在冷壁炉内，预制体直接通电被加热，在预制体的每根纤维周围都产生了微弱电磁场，样品被整体加热。再加上辐射与对流，在样品中产生了反向热梯度，导致从内到外热沉积反应。特别是在脱氢/聚合反应中形成的自由基有顺磁性，容易被带电纤维所吸引，能快速地进行表面动力学反应，使沉积速率明显加快。使用这种技术只需几个小时就能制备出通常4-5个月才能制备的材料，而价格仅是目前均热法的1/3 – 1/4 。
碳纤维预制成型体经过浸渍树脂或沥青等浸渍剂后，经预固化，再经碳化后获得的基体碳。浸渍剂选择原则如下；（1）碳化率（焦化率）：碳化率高的浸渍剂可提高效率，减少浸渍次数。（2）粘度：要求粘度适当，易于浸渍剂浸渍到预制成型体中。（3）热解碳化时能形成张开型的裂缝和空隙，以利于多次浸渍，形成致密的碳/碳复合材料。（4）碳化后收缩不会破坏预制成型体的结构和形状。（5）形成的显微结构有利于碳/碳复合材料的性能。

无机复合材料第六章——碳碳复合材料

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8
1、力学性能——与碳材料的对比
C/C复合材料的力学性能在室温和高温下都明显高于基体的碳材料。
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2、摩擦性能
碳/碳的高温摩擦性能稳定；刹车时吸收动能高，能显著提高飞机制动性能；密度低，并能显著减轻飞机刹车装置的重量。
◆ 摩擦系数：0.2-0.3
高温下稳定。飞机制动过程中，刹车盘整体温度达500℃，而表面最高温度可达1500℃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。
预制体；高温和HIP下，沥青中挥发分进
行碳化，同时防止沥青流出预制体； HIPIC一次需1～3天。
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4、CVD/CVI工艺
沥青、树脂浸渍-碳化与CVD裂解碳填充孔隙的区别
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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
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PIC工艺与在1大气压下浸渍－碳化工艺对复合材料密度影响
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◆ 沥青液态浸渍-碳化工艺
沥青液态浸渍－碳化工艺与树脂有相似之处，但根据沥青的特性，也有不同之处。主要是沥青软化点低；熔化后粘度低易浸渍；含有较多的低分子量芳香族分子可以在压力下热解转化为碳；碳化后基体沥青碳易石墨化等。

CC复合材料

三制备工艺
制备碳/碳复合材料主要步骤为: 预制体成型 → 致密化处理 → 最终高温热处理
3.1
预制体成型 • 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.例如 ,对重要的结构选用高强度、高模量纤维.对要求导热系数低的则选用低模量炭纤维 ,如粘胶基炭纤维成型方法为用短纤维增强: (1) 压滤法; (2) 喷涂法; (3) 热压法; (4) 浇注法用连续长纤维增强: (1) 预浸布层压、铺压、缠绕等做成层压板、回转体和异形薄壁结构; (2) 编织技术.
3.4
常规化学气相沉积方工艺(等温法)仍有许多不足: 由于受到气相扩散速率和表面反应速率的制约 , 在一个较窄的工艺条件下进行.因此 ,对沉积炭显微组织的选择余地有限 ,得到的通常为光滑层(S L)组织 ,要想提高沉积炭温度 ,以得到粗糙层(RL) 炭 ,则又易形成表面的气孔堵死 ,以及表层和里层的密度差提高[6 ].同时 ,等温 CVI制备碳/碳复合材料周期长(约 1 000 - 1 500 h) 、原料气利用率低 ( < 5 %) ,需要数次石墨化和机加工 ,需用大量高能耗的贵重设备 ,成本很高
CC复合材料
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。
(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. (9) 作高温真空炉内衬材料 ,以及化工防腐蚀管道及零部件等

CC复合材料与金属连接及接头力学性能测试

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性 ,防止钎料熔化渗入 ; 然后将钎料以焊膏的形式涂
在复合材料的表面 ,在真空条件下加热至 980℃,保
温 5 m in,所得接头强度远远高于母材强度。值得指
出的是 ,这种钎料还适合连接低密度的 C /C 复合材
料与钢或者陶瓷。
人们发现 , Ti、Zr等过渡元素 ,具有很强的化学活泼性 ,在液态时能与碳元素发生反应 [ 3] 。添加少许
通过焊前对cc复合材料表面改性即在cc复合材料表面扩渗沉积一3m的金属梯度层ni使它们之间形成扩散层再沉积一层mpa的真空下用银基或者镍基钎料填充焊缝只需在800850的温度保温15min就可以得到剪切强度为48mpa的钎焊接头相对于镍基或者钛基钎料来说银基钎料具有更低的钎焊温度
C /C复合材料与金属连接及接头力学性能测试
张雷曲文卿庄鸿寿
(北京航空航天大学机械工程及自动化学院 ,北京 100083)
文摘对 C / C复合材料与铜合金的真空钎焊方法进行了介绍 ,着重列出了近年来出现的活性钎料及相关的焊接工艺参数 ,并将 ⅥB 元素对 C / C复合材料表面的改性效果作了对照 ; 介绍了银基活性钎料连接 C / C 复合材料与钛合金技术 ,对该过程钎料和母材相互扩散机理做了描述 ;概述了 C /C 复合材料和铝合金、镍和不锈钢金属的粘结及钎焊工艺 ,列出了 C / C复合材料与金属接头的剪切强度、冲击热应力等的测试方法。
活性元素制成的活性钎料 , 可以直接润湿 C /C 复合
材料的表面并完成与其他金属的连接。采用活性金
属钎料钎焊需要在真空炉或高纯度惰性气氛中进行 ,
通常一次即可完成钎焊连接。
近年来 ,银基、铜基活性钎料已经开始商业生产 ,

cc复合材料

沉积碳
沉积碳是含碳的烷，烯，炔类有机化合物前驱体，经热解后沉积在预制体碳纤维上的碳。在C-C复合材料中采用 CVD/CVI工艺时，多采用的CVD碳的前驱体多为甲烷丙烷，乙烯，丙烯或乙炔，有的还采用天然气作为前驱体。在液相气化CVD(CLVD) 则采用煤油等含碳前驱体。
沉积碳

沉积碳是通过CVD/CVI将热解碳沉积在预制体碳纤维表面，并不断沉积增厚。CVD/CVI工艺原理可有以下过程：
＊预制体（preform,或预成型体）是采用编织方式成 2维，3 维或多维，带30%~70%孔隙的碳纤维层，板，体等形状。也可以用浸渍树脂或沥青的碳纤维直接进行编织。有些是采用编织好的层状（2维）或碳毡迭层，并在Z向进行穿刺制成碳纤维预制体。

总之，C-C复合材料的性能，形状取决于预制体的形状和碳纤维的分布方式。

压力梯度工艺:

压力梯度 CVD工艺是利用反应气体通过预制体时的强制流动，预制体对流动气体产生阻力，在预制体上下，内外形成压力梯度。

工艺特点：随着反应气体压力的增加，扩散速度及反应速度加快，沉积速度加快

孔隙开口端由于气体流动加快后，不易密封，并随着孔隙沉积碳的不断沉积填充，预制体上下，内外的压力梯度增大
应用及发展

碳/碳复合材料由于其独特的性能，已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域，碳碳复合材料的发展主要受宇航工业发展的影响。它具有高的灼烧热，低的烧蚀率抗热冲击和超热环境下具有高强度等一系列优点，被认为是一种高性能的的烧蚀材料。除此之外，还广泛应用于汽车工业，医学等领域。

碳碳复合材料坩埚

等温法压力梯度法温度梯度法化学液气相沉积法

CC复合材料的氧化烧蚀与应用详解

3.3.2 固相复合技术
将抗烧蚀组元以固相颗粒的形式引入C/C复合材料中，抗烧蚀组元可能是单质元素，如Si、Ti、Zr等也可能是碳化物ZrC、TaC和SiC,硼化物 HfB2和ZrB2，硅化物TiSi3、MoSi2等

将超高温陶瓷粉末ZrB2、TaC 、HfC粉末加入预制体中，然后通过等温化学气相沉积(ICVI)制备出C/C-ZrB2、C/C-SiC-ZrB2、C/C-SiC-ZrB2-HfC等复合材料。当热流密度为3920kW/m2时，C/C-ZrB2复合材料抗烧蚀性能优于其他几种。当热流减小时，SiC的添加有助于抗烧蚀性能的提高，HfC的加入可提高 C/C-SiC-ZrB2复合材料的抗烧蚀性能而TaC的引入则会降低抗烧蚀性能。
实验结果表明，热解炭片层结构的取向对C/C复合材料的烧蚀性能有显著的影响。具有粗糙层结构的C/C复合材料石墨化度高，不同炭结构之间结合好，线烧蚀率和质量烧蚀率较小，抗烧蚀性能好；此外材料的密度也有影响。

3.3 基体改性

基体改性法是指在C/C复合材料的基体中加入抑制剂或抗烧蚀组元，
在高温下隔离炭材料表面活性点，提高氧化起始温度，还可以形成玻

战略导弹：鼻锥驻点温度达到7000K易严重烧蚀，若出现不
超音速飞行器：发动机罩进气室、机翼引擎以及鼻锥部分温
对称烧蚀易影响飞行稳定性

度一般为2000~2400℃高温；超燃冲压发动机长时间处于高温、
大热流等极端恶劣环境下

1.1 C/C复合材料的优点：

C/C复合材料具有低比重、高比强度、高比模量、低热膨胀

3.3.3 先驱体浸渍裂解转化法（PIP）
工艺基本步骤是在一定的压力和温度条件下，将炭纤维预制体放入先驱体有机聚合物中浸渍，烘干溶剂后在一定条件下交联固化，再在一定气氛下进行高温热处理，使先驱体成功的从有机物裂解为无机物，进而转变为陶瓷基体，经过一定周期的反复的浸渍裂解最终获得所需密度的复合材料。

cc复合材料

cc复合材料
CC复合材料是由碳纤维和环氧树脂基体组成的一种复合材料。

碳纤维具有轻质、高强度、高模量等优异性能，而环氧树脂基体具有良好的化学稳定性和粘结性能，因此CC复合材料具有
优异的综合性能。

首先，CC复合材料具有轻质高强度的特点。

碳纤维的比重很轻，约为铁的1/4，铝的1/3，因此制成的CC复合材料也非常轻，可大幅度减轻结构的自重。

同时，碳纤维具有很高的拉伸强度和模量，能够有效抵抗外部载荷产生的拉伸变形和断裂，具有很好的抗拉强度和耐久性。

其次，CC复合材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性。

碳纤维具
有较高的熔点和耐高温性能，可在高温环境下维持较好的力学性能。

同时，环氧树脂基体具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗酸、碱、溶剂等多种腐蚀介质的侵蚀，使得CC复合材料在恶
劣环境中具有良好的耐久性。

此外，CC复合材料还具有良好的尺寸稳定性和复杂形状加工性。

由于碳纤维的线热膨胀系数较低，具有很好的尺寸稳定性，能够在温度变化范围内保持较好的尺寸精度。

同时，CC复合
材料可以通过热压成型、树脂浸渍、自动化编织等工艺加工成复杂形状的零件，具有灵活性和可塑性。

最后，CC复合材料还具有良好的疲劳性能和冲击韧性。

碳纤
维的高强度和高模量使得CC复合材料具有较高的疲劳寿命，
能够在长期循环荷载下保持良好的性能。

而环氧树脂的粘结性
能能够有效吸收和分散冲击荷载，并且具有较好的抗冲击韧性。

综上所述，CC复合材料具有轻质高强度、耐热耐腐蚀、尺寸
稳定性和复杂形状加工性、疲劳性能和冲击韧性等优异的性能。

在航天航空、汽车制造、体育用品等领域具有广泛的应用前景。

C/C复合材料性能参数C/C热场材料与石墨热场材料性能对比C/C复合材料具有质量轻、损伤容限高、强度高等突出特点，用作热场与石墨产品比较，具有以下突出优点：（1) C/C复合材料用作热场产品，大幅度延长产品使用寿命减少更换部件的次数，从而提高设备的利用率，减少维修成本。

（2) 用作拉晶砖的坩埚时，由于石英坩埚对石墨坩埚产生较大的膨胀应力作用，石墨坩埚只好做成多瓣，或在坩埚上开热膨胀槽．而使用C/C复合材料热场产品由于不用开热膨胀槽，可以做成一个整体，可以在石英坩埚内获得更均匀的热场，可以提高成品率，而且可以避免“漏硅”事故造成的损失，据统计一次“漏硅”事故造成的设备、材料方面的损失超过10万元。

（3) C/C复合材料用作热场产品时，现有设备具有固定的，而由于C/C复台材料具有优异的性能，与石墨产品相比，可以做得更薄，从而可以利用现有设备生产尺寸更长、更大直径的产品，可节约大量新设备投资费用。

（4) 在拉制大直径的产品时，石墨热场产品成型困难，如果要制造超大大直径的石墨热场零部件其制造成本加工成本都很高，而由于C/C复合材料具有优异的性能，目前国外拉制大直径的产品时，较多地采用了C/C复合材料热场产品（5) 石墨热场产品在反复高温热震条件下易产生裂纹，微裂纹的存在改变了其热传导性能，使加热时石墨加热器的功率与硅熔体的温度场发生变化，将影响拉晶的效率和拉出的晶体的质量和品质。

而使用C/C复合材料热场产品可以克服这个缺点。

（6) C/C复合材料用作热场产品时，导热系数比石墨热场产品低很多，用做隔热保温材料隔热保温效果好，可以节约大量的电能，节省大量的电费开支，可有效的降低单(多)晶硅生产厂家的生产成本，随着全球能源供应的紧张，单(多)晶硅生产作为高耗能行业，能源消耗的降低具有较大的经济和社会意义。

CC复合材料(1)优秀文档

碳/碳复合材料
9.1 概述
碳/碳复合材料是由各种碳纤维或各种碳织物增强碳,或石墨化的树脂碳(或沥青)以及化学气相沉积(CVD)碳所形成的复合材料。
C/C复合材料且质量小、刚性好，并且是极耐高温的材料，其强度随温度升高而增加，在2500℃达到最大值，同时它有良好的抗烧蚀性能和抗热震性能，是宇航中非常重要的材料，例如作为导弹的鼻锥体。C/C 复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。但是 C/C复合材料不能在氧化性气氛中耐受高温，因此关于C/C复合材料的抗氧化研究是一个重点内容。
基体材料分为热解碳与浸渍碳两种，热解碳主要是甲烷、乙烷、丙烷和乙烯以及低分子芳烃等组成，经高温裂解生成碳，浸渍碳是树脂或沥青经碳化或石墨化制得。
沥青浸渍碳通常于低压或常压下残余碳，因而产碳率较低，但易于石墨化，最终生成的石墨为各向同性的，其电阻率低，热导性好，模量高。
树脂浸渍碳是经高温生成的，通常产碳率较高，但难以石墨化，且电阻率高，热导率差，最终生成的石墨为各向异性的。
热解碳原料来源9.2 C/C复合材料的制备
成型方法很多，其工艺过程大致归纳为以下几种 C/C复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。
方法： C性基脂成2C成碳成基脂沥模碳沥模成树成2树C性成碳C性成C性沥模C性成基脂C成沥模C成成但但树C性成成C性//////////C能体或型型纤型体或青量纤青量型脂型脂能型纤能型能青量能型体或型青量型型是是脂能型型能CCCCCCCCCCC复复复复复复复复复复//和材沥方方维方材沥浸高维浸高方浸方浸和方维和方和浸高和方材沥方浸高方方 CC浸和方方和CC合合合合合合合合合合//复复CC抗料青法法成法料青渍。成渍。法渍法渍抗法成抗法抗渍。抗法料青法渍。法法渍抗法法抗复复材材材材材材材材材材合合热分经很很型很分经碳型碳很碳很碳热很型热很热碳热很分经很碳很很碳热很很热合合料料料料料料料料料料材材震为碳多多物多为碳通物通多是多是震多物震多震通震多为碳多通多多是震多多震且还且且且且且还材材且且料料碳碳碳性热化，，（，热化常（常，经，经性，（性，性常性，热化，常，，经性，，性纤质具质质质质质具料料质质的的能解或其其碳其解或于碳于其高其高能其碳能其能于能其解或其于其其高能其其能纤布纤量有量量量量量有不不量量制制，碳石工工毡工碳石低毡低工温工温，工毡，工，低，工碳石工低工工温，工工，维小优小小小小小优能能小小备备维、维是与墨艺艺、艺与墨压、压艺生艺生是艺、是艺是压是艺与墨艺压艺艺生是艺艺是与、异、、、、、异在在、、宇浸化过过碳过浸化或碳或过成过成宇过碳宇过宇或宇过浸化过或过过成宇过过宇成碳多刚的刚刚刚刚刚的氧氧刚刚航渍制程程布程渍制常布常程的程的航程布航程航常航程渍制程常程程的航程程航树性耐性性性性性耐化化性性型纤向中碳得大大、大碳得压、压大，大，中大、中大中压中大碳得大压大大，中大大中脂好摩好好好好好摩性性好好非两。致致碳致两。下碳下致通致通非致碳非致非下非致两。致下致致通非致致非物维编，擦，，，，，擦气气，，常种归归纤归种残纤残归常归常常归纤常归常残常归种归残归归常常归归常预并性并并并并并性氛氛并并（缠织重，纳纳维纳，余维余纳产纳产重纳维重纳重余重纳，纳余纳纳产重纳纳重浸且能且且且且且能中中且且要热为为缠为热碳缠碳为碳为碳要为缠要为要碳要为热为碳为为碳要为为要碳绕物是和是是是是是和耐耐是是的解以以绕以解，绕，以率以率的以绕的以的，的以解以，以以率的以以的料极高极极极极极高受受极极毡、）材碳下下、下碳因、因下较下较材下、材下材因材下碳下因下下较材下下材耐的耐耐耐耐耐的高高耐耐料主几几碳几主而碳而几高几高料几碳料几料而料几主几而几几高料几几料、高热高高高高高热温温高高，要种种纤种要产纤产种，种，，种纤，种，产，种要种产种种，，种种，温导温温温温温导，，温温例是方方维方是碳维碳方但方但例方维例方例碳例方是方碳方方但例方方例的率的的的的的率因因的的如甲法法多法甲率多率法难法难如法多如法如率如法甲法率法法难如法法如材，材材材材材，此此材材作烷：：向：烷较向较：以：以作：向作：作较作：烷：较：：以作：：作料使料料料料料使关关料料为、编、低编低石石为编为为低为、低石为为树，其，，，，，其于于，，导乙织乙，织，墨墨导织导导，导乙，墨导导脂其在其其其其其在其其CC弹烷物烷但物但化化弹物弹弹但弹烷但化弹弹热//强飞强强强强强飞强强CC的、）、易）易，，的）的的易的、易，的的或复复压度机度度度度度机度度鼻丙丙于于且且鼻鼻鼻于鼻丙于且鼻鼻合合沥随、随随随随随、随随锥烷烷石石电电锥锥锥石锥烷石电锥锥制材材温汽温温温温温汽温温体和和墨墨阻阻体体体墨体和墨阻体体青料料坯度车度度度度度车度度。乙乙化化率率。。。化。乙化率。。的的浸升刹升升升升升刹升升烯烯，，高高，烯，高抗抗高车高高高高高车高高以以最最，，最以最，渍氧氧而片而而而而而片而而及及终终热热终及终热化化增和增增增增增和增增低低生生导导生低生导研研加轴加加加加加轴加加分分成成率率成分成率究究，承，，，，，承，，子子的的差差的子的差是是在等在在在在在等在在芳芳石石，，石芳石，一一方方22222222烃烃墨墨最最墨烃墨最55555555个个面面00000000等等为为终终为等为终00000000重重得得碳℃ ℃℃℃℃℃℃℃组组各各生生各组各生点点到到达达达达达达达达成成向向成成向成向化内内应应到到到到到到到到，，同同的的同，同的容容用用最最最最最最最最经经性性石石性经性石。。。。大大大大大大大大高高的的墨墨的高的墨值值值值值值值值温温，，为为，温，为，，，，，，，，裂裂其其各各其裂其各同同同同同同同同解解电电向向电解电向时时时时时时时时生生阻阻异异阻生阻异CC它它它它它它它它成成率率性性率成率性V/有有有有有有有有碳碳低低的的低碳低的CD良良良良良良良良，，，，。。，，。复渗好好好好好好好好浸浸热热热浸热合透的的的的的的的的渍渍导导导渍导抗抗抗抗抗抗抗抗碳碳性性性碳性材烧烧烧烧烧烧烧烧是是好好好是好料蚀蚀蚀蚀蚀蚀蚀蚀树树，，，树，

碳碳编织复合材料介绍_-_复制课件

■ 类实验求解法
❏ 宏观应力 = 节点反力 / 名义横截面积
■ 体积平均方法
❏ 宏观应力分量 =
（单元积分点体积*单元积分点的应力分量）/ 代表体
积单胞总体积
求和
体积平均方法
• 该材料本构可以写为:
刚度系数 [C]的第一列 [C]的第二列 [C]的第三列 [C]的第四列
[C]的第五列
[C]的第六列
横向强度
常温
石墨化温度
层间剪切强度
碳纤维增强炭化Borden SC-1008酚醛材料
6MPa
4.8MPa或更小 20.7 MPa to 24.8 MPa
碳纤维增强PPQ resin char材料
4.7MPa 3.4MPa或更小
14.5 MPa
碳纤维增强FF-26 resin char材料
5.2MPa
■ 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。
碳基体
■ 一般有三种碳基体先驱体
■ ❏ 热塑型沥青
■ ❏ 热固型树脂
■ ❏ CVI方法
■ 选择哪种方法的原则: 很到程度上依赖于
生成复合材料部件的几何形状。
■ ❏ 厚度薄的部件主要采用CVI方法；
■ ❏ 厚度厚的部件使用树脂或沥青渗透；
■ ❏ 复杂形状的几何部件使用树脂渗透。
■❏
一般利用混合方法对碳纤维增强复合
材料进行致密化处理。
界面
■ 界面的性能取决于 ■ ❏ 纤维的类型 ■ ❏ 纤维表面活性 ■ ❏ 基体的类型（树脂前驱, CVI的微观结构和沥青前驱
） ■ ❏ 基体活性 ■ ❏ 纤维体积含量 ■ ❏ 加工条件 ■ ❏ 致密化程度 ■ ❏ 纤维方向和层压板厚度。 ■ 好的界面使复合材料在纵向拉伸时破坏应变等于基体的

cc复合材料

cc复合材料CC复合材料。

CC复合材料是一种由碳纤维和环氧树脂组成的高性能材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。

本文将从材料特性、制备工艺、应用领域等方面对CC复合材料进行介绍。

首先，CC复合材料的材料特性非常突出。

碳纤维具有高强度、高模量、低密度的特点，使得CC复合材料具有重量轻、刚性高的特性，能够满足工程结构对材料强度和刚度的要求。

同时，环氧树脂具有优异的粘接性能和耐腐蚀性能，能够有效保护碳纤维，延长材料的使用寿命。

因此，CC复合材料在航空航天领域得到广泛应用，可以用于制造飞机机身、导弹外壳等部件。

其次，CC复合材料的制备工艺非常关键。

制备CC复合材料的工艺包括预浸法、浸渍法、热压成型等多种方法。

其中，预浸法是将碳纤维预先浸渍在环氧树脂中，然后经过固化成型而成。

而浸渍法则是将碳纤维放置在环氧树脂中浸渍，再进行固化成型。

热压成型则是在高温高压下将预浸的碳纤维与环氧树脂进行加热压制。

这些工艺的选择和控制对于CC复合材料的性能和质量具有重要影响。

最后，CC复合材料在汽车、船舶、体育器材等领域也有着广泛的应用。

在汽车领域，CC复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，能够减轻汽车重量，提高燃油效率，同时具有良好的抗冲击性能。

在船舶领域，CC复合材料可以用于制造船体、桅杆等部件，能够减轻船体重量，提高船舶速度和稳定性。

在体育器材领域，CC复合材料可以用于制造高尔夫球杆、网球拍等器材，具有良好的强度和韧性，提高了运动员的比赛表现。

总之，CC复合材料具有优异的材料特性，制备工艺成熟，应用领域广泛。

随着科技的不断进步，相信CC复合材料将在更多领域展现出其独特的优势，为人类社会的发展做出更大的贡献。

CC复合材料解析

7
高温下的稳定性比较好
碳/碳复合材料与其他材料温度上升时比强度的比较
几种材料拉伸比强度的比较
8
碳/碳复合材料和其他材料各种性能的比较
9
• 3 热学及烧蚀性能碳/碳复合材料导热性能好、热膨胀系数低,因而热冲击能力很强,不仅可用于高温环境, 而且适合温度急剧变化的场合。其比热容高, 这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。碳/碳复合材料是一种升华-辐射型烧蚀材料,且烧蚀均匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热, 可阻止热流传入飞行器内部。因此该材料被广泛用作宇航领域中的烧蚀防热材料。
碳/碳复合材料的主要制备步骤为：预制体的成型致密化处理石墨化，其中致密化是制备碳/碳复合材料的关键技术。
12
• 致密化
成型后的预制体含有许多孔隙,密度也低,不能直接应用,须将炭沉积于预制体,填满其孔隙, 才能成为真正的结构致密、性能优良的碳/碳复合材料,此即致密化过程. 传统的致密化工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积两种。
三、碳/碳复合材料的性能
• 1 物理性能碳/碳复合材料在高温热处理后的化学成分,碳元素高于99%,像石墨一样, 具有耐酸、碱和盐的化学稳定性。其比热容大,热导率随石墨化程度的提高而增大,线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。
6
• 2 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、含量和制备工艺等。单向增强的碳/碳复合材料,沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍。随着温度的升高,碳/ 碳复合材料的强度不仅不会降低,而且比室温下的强度还要高。一般的碳/碳复合材料的拉伸强度大于 270MPa, 单向高强度碳/碳复合材料可达 700MPa 以上。在1000 ℃以上,强度最低的碳/ 碳复合材料的比强度也较耐热合金和陶瓷材料的高。碳/碳复合材料的断裂韧性较碳材料有极大的提高,其破坏方式是逐渐破坏, 而不是突然破坏, 因为基体碳的断裂应力和断裂应变低于碳纤维。