碳／碳复合材料的性能和应用进展
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。
碳碳合金
C/C复合材料C/C复合材料是一种新型高温材料，其研究始于1958年，60年代初已成为一种新的材料门类。
它具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐蚀、吸振性好等一系列优良性能。
C/C复合材料的密度不到2.0g/cm 3，仅为镍基高温材料的1 /4，为陶瓷材料的1 /2，尤其是这种材料随着温度升高，其强度不仅不降低，甚至比在室温下还高，这是其他材料所无法比拟的独特的性能。
因此，它在航天、航空等领域备受关注，例如，在航天工业中成功的应用有火箭发动机尾喷管、喉衬，航天飞机的机翼前缘等；在航空领中的应用有发动机喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮转子叶片和刹车盘等。
最成功的典范当属C/C 复合刹车盘，与钢盘相比，它具有使用寿命长、质量轻等优点，并已形成了广阔的市场。
但是，目前C /C复合材料仍存在3个方面的问题：成本高；制备周期长；抗氧化性能差。
影响C/C复合材料制造成本的主要因素：一是碳纤维的原材料成本；二是制造成本。
为了降低C/C复合材料的成本，一个有效的途径是降低碳纤维的成本。
20 世纪90年代中期，大丝束碳纤维技术取得了重大突破，不但抗拉强度达到并超过3600MPa，大丝束制备预浸料技术也取得了很大的进展。
目前，大丝束碳纤维正在某些应用领域取代小丝束碳纤维，其产量也将很快超过小丝束碳纤维。
目前，我国碳纤维只有类似于T-300的一个品种规格，高性能碳纤维的问题始终没有得到解决。
大丝束碳纤维和小丝束碳纤维相比有很多特点，主要有以下2点：1) 大丝束碳纤维可采用民用聚丙烯睛丝作为制备碳纤维的原丝，能够在国外市场上自由购买，且价格仅有制备小丝束碳纤维特种原丝价格的1 /4；2) 高的性能价格比，国外用碳纤维的性能价格比来衡量它的消费比，即花费每美元所能得到的强度、模量、比强度和比模量。
用美国卓尔泰克公司生产的大丝束碳纤维PANEX33-0048和最典型的小丝束碳纤维即日本东丽公司的T-300相比较，前者的性能价格比要比后者好得多。
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% 。
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］。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用研究
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用研究引言随着科学技术的不断发展，碳纤维复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。
碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚性和耐腐蚀等优良性能，因此在飞机、火箭、卫星等航空航天器件中得到了广泛应用。
本文旨在探讨碳纤维复合材料在航空航天领域的应用研究现状及未来发展趋势。
一、碳纤维复合材料的基本性能和特点碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料，以树脂为基体材料的复合材料。
其主要性能和特点包括：1. 轻质高强：碳纤维具有很高的比强度和比刚度，比重小，是金属的1/4，具有较高的比强度和比弹性模量，使得碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度。
2. 耐腐蚀：碳纤维和树脂都具有很高的耐化学腐蚀性，对水、酸、碱等介质的腐蚀性能好。
3. 高温性能：碳纤维复合材料在300℃以上具有很好的热稳定性，且热膨胀系数小。
4. 成型性好：碳纤维复合材料具有较好的成型性能，可以通过预浸料、手工层叠、自动化生产等方式进行成型。
二、碳纤维复合材料在航空领域的应用1. 飞机结构件：碳纤维复合材料在飞机机身、机翼、尾翼等结构件中得到了广泛应用。
其轻质高强的特点可以减轻飞机整体重量，提高飞机的使用性能和燃油效率。
2. 发动机部件：碳纤维复合材料在飞机发动机的叶片、燃烧室等部件中应用广泛。
其高温性能和耐腐蚀性能可以有效提升发动机的工作效率和寿命。
3. 军用飞机：碳纤维复合材料在军用飞机中的应用更加广泛，可以提高飞机的隐身性能，减少雷达波反射，提高飞机的生存能力。
4. 航空器电气部件：碳纤维复合材料还可以用于航空器的电气部件，提高设备的抗干扰性和耐高温性。
三、碳纤维复合材料在航天领域的应用1. 卫星结构：碳纤维复合材料在卫星结构中有着广泛的应用，可以有效减轻卫星整体质量，提高其运载能力和稳定性。
2. 火箭、航天器件：碳纤维复合材料在火箭、航天器件中的应用也逐渐增多。
其轻质高强的性能可以有效提高火箭的推进效率和运载能力。
3. 空间站建设：未来空间站的建设以及太空探测器的制造都将广泛使用碳纤维复合材料，以满足太空环境的极端要求。
碳纤维复合材料的性能测试及应用
碳纤维复合材料的性能测试及应用碳纤维复合材料是一种可以代替传统金属材料的新型材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
然而，随着需求的不断增长，对碳纤维复合材料性能的测试也变得越来越重要。
本文将讨论碳纤维复合材料的性能测试及其在不同领域的应用。
一、碳纤维复合材料的性能测试1.强度测试碳纤维复合材料的强度是其最重要的性能之一。
强度测试通常使用拉伸、弯曲、剪切等测试方法。
拉伸测试是最常用的测试方法，通过测量试件在固定距离内的变形来确定其弹性模量和极限强度。
弯曲测试则通过测量试件在弯曲时的变形和应力来确定其弯曲强度和弹性模量。
剪切测试用于衡量试件的剪切强度和剪切模量。
2.热性能测试碳纤维复合材料的热性能对其在高温环境下的应用具有重要意义。
热性能测试主要包括热膨胀系数、热导率、热传导率的测试。
这些测试方法可以确保碳纤维复合材料在高温下具有良好的耐久性。
3.耐腐蚀性测试碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，在海洋和化学工业等领域有广泛的应用。
因此，耐腐蚀性测试成为了一种重要的测试方法。
测试方法包括对试件进行腐蚀试验观察其变化程度，通过改变温度、浓度和时间等参数来确定试件的耐久性。
二、碳纤维复合材料的应用1.航空航天领域碳纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用。
其中最显著的应用是飞机结构件。
由于碳纤维复合材料具有极佳的强度和刚度，使得使用它制造的飞机部件可以在保持安全性的前提下达到更轻的重量，显著降低了飞机的重量和油耗。
此外，碳纤维复合材料还可以用于制造导弹、卫星等航空航天器件。
2.汽车领域碳纤维复合材料可以大幅降低汽车的重量，提高燃油效率。
由于汽车的重量是燃料效率的最主要因素之一，因此利用碳纤维复合材料来制造汽车结构件，可以进一步推动汽车工业的可持续发展。
在高端豪华车市场上，碳纤维车身已经得到广泛应用，而在普及领域，由于成本问题，碳纤维复合材料还需要进一步推广。
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展_图文
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展_图文随着全球对清洁能源的需求不断增长，风能作为一种可再生能源正得到越来越多的重视。
在风能转化过程中，风电叶片作为关键部件，对于风能的捕捉和转换起到了至关重要的作用。
因此，提高风电叶片的性能和寿命，成为了风能行业发展的关键问题。
碳纤维及复合材料作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的材料，在风电叶片中的应用得到了广泛关注和研究。
碳纤维及复合材料具有很多优点。
首先，它们的重量轻，比传统的金属材料如钢铁要轻很多。
这使得风电叶片更加轻巧，可以更高效地转动，捕捉更多的风能。
其次，碳纤维及复合材料具有较高的强度和刚度，能够承受高风速和复杂的工况要求。
此外，碳纤维及复合材料还具有耐腐蚀性能和良好的疲劳寿命，可以延长风电叶片的使用寿命。
因此，将碳纤维及复合材料应用于风电叶片中，能够提高叶片的性能和可靠性，降低维护成本，推动风能行业的发展。
目前，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用已经取得了一些成果。
首先，碳纤维及复合材料的比强度和比刚度优于传统的玻璃纤维及复合材料，因此可以减少材料的使用量，降低制造成本。
另外，将碳纤维及复合材料应用于叶片的表面涂层处理，可以提高叶片的抗风沙、抗紫外线和减少水分腐蚀等性能，延长叶片的使用寿命。
此外，通过使用碳纤维及复合材料制造更大尺寸的风电叶片，可以提高风能的捕捉效率。
然而，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用还面临一些挑战。
首先，碳纤维及复合材料的制造技术和成本仍然较高，需要进一步的研发和完善。
其次，风电叶片在使用过程中会受到高风速和复杂工况的影响，对材料的疲劳和耐久性也有更高的要求。
因此，需要深入研究碳纤维及复合材料的疲劳性能和寿命预测，以确保叶片的安全和可靠性。
综上所述，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用具有广阔的前景。
通过不断的研究和发展，可以进一步提高碳纤维及复合材料的制造工艺和性能，降低制造成本，延长叶片的使用寿命，为风能行业的可持续发展做出更大的贡献。
碳_碳复合材料的性能和应用进展
学术论文
ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＡＰＥＲ 综述
（６）在 汽 车 工 业 ， 碳 纤 维 制 动 器 已 用 于 桑 塔 那 轿 车 及 其他机动车上。碳纤维还应用于眼镜框、音响设备、医 疗器械、人体医学、生物工程、建筑材料等领域。
４ 结语
关 键 词 ： 碳／碳 复 合 材 料 ；石 墨 化 度； 性 能 ；应 用 中图分类号：ＴＱ３２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－５９２２（２０１０）１２－００８０－０３
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，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材 料。碳／碳复合材料在高温热处理之后碳元素质量分数高于 ９９％，故该材料具有密度低，耐高温，抗腐蚀，耐热冲击 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２ ５００ ℃，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，又可作为功能材料使 用，适于各种高温用途［１］。
碳／碳 复 合 材 料 在 树 脂 基 复 合 材 料 、 金 属 基 复 合 材 料、碳／碳复合材料以及陶瓷基复合材料等４大类复合材料 中的研究与应用水平仅次于树脂基复合材料，已经全面 走 向 工 程 应 用 阶 段［２］ 。Ｃ／ Ｃ复 合 材 料 是 一 种 多 相 非 均 质 混 合物。这种材料的力学性能、热物理性能及摩擦磨损性 能与材料的碳结构密切相关［３￣５］。石墨化度是Ｃ／Ｃ复合材料 最重要的结构参数之一，通过调整、控制Ｃ／Ｃ复合材料各 组元及整体的石墨化状态、程度，可以赋予Ｃ／Ｃ复合材料 不同的性能，满足不同的使用要求 。 ［６￣９］ 因此，石墨化研 究是Ｃ／Ｃ复合材料研究的一个非常重要的领域。
高性能针刺碳碳复合材料的制备与性能
高性能针刺碳/碳复合材料的制备与性能摘要:为获得高性能针刺碳/碳复合材料, 拓展其应用领域, 通过优化针刺工艺参数, 设计并研制了不同结构参数的针刺预制体。
采用沥青高压致密化工艺将针刺预制体制备成一系列针刺碳/碳复合材料, 研究了针刺碳/碳复合材料的微观结构、力学性能和热物理性能。
结果表明, 针刺预制体的针刺深度、针刺密度以及短/长纤维配比等对碳/碳复合材料的力学性能和热物理性能影响显著。
当针刺深度为12 mm、针刺密度为22针/cm2、短/长纤维比例为1.0 : 4.8时, 针刺碳/碳复合材料表现出优良的综合性能, 拉伸、压缩、弯曲、面内剪切和层间剪切强度分别达到207、228、285、54和28 MPa。
关键词:碳/碳复合材料; 针刺结构参数; 力学性能; 热物理性能碳/碳复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性强、可加工性好且高温性能优良等特征, 在航空航天领域应用广泛[1]。
自二十世纪末以来, 世界航天强国掀起了先进高超声速飞行器研究的热潮, 武器装备的技战术指标对热防护用碳/碳复合材料在耐高温、高强、轻质及其低成本化方面提出了更高要求[2-5]。
与其它复合材料类似, 碳纤维预制体结构是决定碳/碳复合材料性能、质量以及生产成本的重要因素[6]。
目前常用的碳/碳复合材料预制体结构包括碳布穿刺、正交三向、三维编织及针刺结构[7], 其中碳布穿刺和正交三向无法实现异形件仿形编织; 三维编织纤维利用率低, 因纤维磨损过大而无法编织复杂形状的预制体。
针刺预制体结构是通过网胎提供的短切纤维在碳布层间的搭接, 不但具有准三维结构较高的层间性能, 而且具有适合于仿形成型、连续长纤维方向可设计性强和平面方向纤维利用率高的优点, 并且制备过程自动化程度高、周期短、质量稳定, 可高效制备出各种复杂形状的碳纤维预制体[8-10]。
目前针刺预制体及其碳/碳复合材料多应用于火箭发动机喉衬、扩散段、出口锥及飞机刹车盘等外形简单以及其它承载要求不高的热端部件[11-12]。
碳碳复合材料
复合材料论文论文题目：碳/碳复合材料的研究姓名： ___________ 王志冈H ________________________ 班级：金属材料工程2010级3班__________________ 学号：1001130326 ___________________________ 指导教师：___________ 吴杰____________________________引言：c/C复合材料是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。
作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。
各种类型的碳纤维都可用于C/C复合材料的增强体。
碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热解形成的固体碳。
C/ C 复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点，尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。
因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。
正文：1. 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 C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，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[1] O2. 碳/碳复合材料的成型加工碳/碳复合材料的碳基体可以从很多碳源采用不同的方法获得，典型的基体有树脂碳和热解碳，前者是合成树脂或沥青经碳化和石墨化而得，后者由烃类气体的气相沉积而成。
C/C复合材料坯体所用碳纤维、碳纤维织物或碳毡等的选择是根据复合材料所制成构件的使用要求来确定的，同时要考虑到坯体与基体碳的界面配合C/C复合材料的坯体可分为单向、二向和三向，甚至可以是多向方式，大多采用编织方法制备。
碳碳复合材料讲解
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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
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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。
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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。
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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
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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
化学气相沉积制备碳碳复合材料
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种重要的制备碳碳复合材料（C/C）的方法。
碳碳复合材料具有优异的高温性能和抗氧化性能，因此在航空航天和汽车制造等领域有着广泛的应用。
本文将介绍化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理、工艺及其在工程领域的应用。
一、碳碳复合材料的特点1. 高温性能：碳碳复合材料具有优异的高温强度和稳定性，在高温下依然能够保持较好的力学性能。
2. 抗氧化性能：碳碳复合材料在高温氧化条件下依然能够保持较好的性能，不易氧化。
3. 导热性能：碳碳复合材料具有优异的导热性能，能够有效传导热量。
4. 轻质高强：碳碳复合材料具有较低的密度和较高的强度，是一种优秀的结构材料。
二、化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理化学气相沉积是一种将气态前体物质经化学反应沉积到基底表面上形成薄膜或者块体材料的方法。
在制备碳碳复合材料中，通过该方法可以实现碳元素在高温条件下的重复沉积，形成高纯度的碳碳复合材料。
1. 原料气体的选择：一般采用含碳气体作为原料气体，如甲烷、乙烷等，同时还需要控制供气速率和混合气的比例。
2. 反应机理：原料气体在高温条件下发生裂解或氧化等反应，产生碳原子或碳烷基自由基。
这些自由基在基底表面上发生聚合反应，逐渐形成碳碳键，最终形成碳碳复合材料。
3. 控制条件：制备碳碳复合材料需要控制反应温度、反应压力、反应时间等参数，来实现碳元素的高纯度沉积。
三、化学气相沉积制备碳碳复合材料的工艺步骤1. 基底处理：对基底进行表面处理，包括清洗、激活等工艺，以增强基底表面对碳的吸附能力。
2. 原料气体供给：将经过预处理的原料气体供给到反应室内，并在一定的温度和压力条件下进行反应。
3. 沉积过程：原料气体在基底表面发生化学反应，并逐渐形成碳碳复合材料。
4. 后处理工艺：对沉积后的材料进行退火、表面处理等工艺，以提高碳碳复合材料的性能。
四、化学气相沉积制备碳碳复合材料的应用碳碳复合材料由于其优异的性能，在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域有着广泛的应用。
碳-碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究
碳-碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究引言碳/碳复合材料是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用于航空航天、能源领域等高温抗氧化环境中。
然而，在高温氧化环境中，碳/碳复合材料易受到氧化破坏，导致性能下降。
因此，将碳/碳复合材料表面涂覆一层碳化硅复合涂层以提高材料的抗氧化性能成为一种有效的改善方法。
本文将介绍碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备方法及其在高温氧化环境中的抗氧化性能研究。
制备方法碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备方法包括物理气相沉积法和化学气相沉积法。
物理气相沉积法是指在高温环境下将硅源物质蒸发并沉积在碳/碳复合材料表面形成碳化硅层。
化学气相沉积法是通过化学反应将硅化合物沉积在碳/碳复合材料表面，再在高温条件下进行碳化反应生成碳化硅层。
两种方法各有优势，在不同实际应用中可以根据需求选择合适的方法来制备碳化硅复合涂层。
抗氧化性能研究为了研究碳化硅复合涂层对碳/碳复合材料的抗氧化性能的影响，需要进行一系列的实验和测试。
首先，利用扫描电子显微镜（SEM）观察碳/碳复合材料表面的形貌，以评估涂层的均匀性和致密性。
接下来，通过X射线衍射（XRD）分析涂层的晶体结构，以确定碳化硅的形成。
然后，使用热重分析（TGA）技术研究碳/碳复合材料在高温下的氧化失重情况，比较涂层前后的氧化失重量，评估碳化硅复合涂层的抗氧化性能。
研究结果显示，经过碳化硅复合涂层处理的碳/碳复合材料表面形貌更加均匀，并形成了致密的碳化硅层。
XRD结果表明涂层中出现了明显的碳化硅峰，证明碳化硅复合涂层成功形成。
TGA结果显示，经过碳化硅复合涂层处理的碳/碳复合材料在高温氧化环境中具有更好的抗氧化性能，氧化失重量较未涂层的材料明显减少。
结论本研究成功制备了碳/碳复合材料碳化硅复合涂层，并评估了其抗氧化性能。
结果表明，碳化硅复合涂层能够有效降低碳/碳复合材料在高温氧化环境中的氧化失重量，提高其抗氧化性能。
高性能碳纤维复合材料耐压容器研究进展
高性能碳纤维复合材料耐压容器研究进展摘要：碳纤维复合材料以其高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀等优异特性，在航天、军事和民用领域中得到广泛应用。
随着碳纤维复合材料的性价比提高和复合材料制造技术的发展，碳纤维复合材料耐压容器在导弹发动机、火箭发动机壳体、卫星贮箱、交通运输和自救呼吸装置等方面的应用前景十分乐观。
本文综合相关研究成果，主要探讨高性能碳纤维复合材料耐压容器的研究进展，为进一步提升碳纤维复合材料耐压容器的性能和可靠性提供参考。
关键词：高性能碳纤维；复合材料；耐压容器1碳纤维复合材料的主要使用范围碳纤维的特性使其在军事和民用领域中具有广泛的应用前景。
碳纤维复合材料可以用于制造导弹发动机的耐压容器，因为碳纤维具有高强度和高模量的特性，能够承受高压和高温环境,它们的轻量化特性也可以减轻整体重量，提高导弹的性能。
同时，碳纤维复合材料耐压容器可用于卫星贮箱，这些贮箱用于储存和保护卫星上的燃料、气体或其他液体[1]。
碳纤维的高强度和抗化学腐蚀性使其成为这些应用的理想选择。
碳纤维复合材料耐压容器可以在天然气瓶等交通运输领域中得到应用。
相比传统的金属容器，碳纤维容器具有更轻的重量和更高的强度，提供了更好的安全性能和节能效果。
在自救呼吸装置中，碳纤维复合材料耐压容器可以用于存储氧气或其他气体，需要具有高强度、轻量化和耐腐蚀性能，以确保在紧急情况下提供可靠的气体供应。
随着碳纤维复合材料生产工艺的改进与成本的进一步降低，预计碳纤维复合材料耐压容器在上述领域的应用将继续增加。
这将有助于提高设备性能、减轻重量、增加安全性，并带来更多创新的解决方案。
不同规格碳纤维的参数对比情况见表1。
表1 不同规格碳纤维的参数对比规格拉伸强度／MPa拉伸模量／GPa首造厂家T3002500220日本东丽T800H5490294日本东丽T10007060294日本东丽M462350451日本东丽M60J3820588日本东丽T11007000324日本东丽2碳纤维复合材料在高压容器中的应用2.1碳纤维复合材料在承受内压容器中的应用航空航天、导弹等领域对轻质、高性能的压力容器提出了更高的要求。
碳碳复合材料表面烧蚀研究进展
亠星如無INDUSTRIAL HEATING・38・2021年第50卷第5期Vol. 5 0 No.5 2021DOT 10. 3969/j. issn. 1002-1639.2021.05. 010碳/碳复合材料表面烧蚀研究进展D j（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西西安710089）摘要:碳/碳复合材料作为碳基复合材料的一种，因其具有耐高温、耐高压、耐表面烧蚀及抗辐射等优越性能，在航空航天领域发挥着重要的作用（ 碳合材 环境为高温富氧条件下时， 出现表面烧蚀的 ，因 年的研究大多集中在 改善高温的.通过介绍碳/碳复合材料表面烧蚀机理，从验和模拟两方面综述了高温氧化烧 /碳复合材料的研究进，从为碳/碳复合材料的研究 提定的参考意义（关键词:碳/T合材料;表面烧蚀;研究进展中图分类号:TQ314. 248文献标志码:A文章编号：1002-1639（2021 ）05-0038-03Research Progres t ic Ablation of Carbon / Carbon CompositetANNa(XiWn Aeronautical Polytechnic Institute ，Colleae of Aeronautical Materiale Engineering ，XiWn 710089，China)Abstract : As a kind of carbon matrix composite ，carbon / carbon composite plays an important role in the fielO of aerospace because of its hightemperature resistance ，high pressure resistance ，suOace erosion resistance and radiation resistance. However ，when the environme n t of carbon / carbon composite material s is high temperature and rich oxyyen ，the suOace ablation problem appears. So in recent years ，most of the re search focuses on how / improve the high temperature and ease / oxidize. By introducing the ablation mechanism of carbon / carbon compos ite material s ，the research proxress of high temperature oxidation ablation of carbon / carbon composite material s is summarized from two as-pecW of experiment and simulationse as / provide some reference significance for the research and development of carbon composites materi-ae.Key W o /s ： carbon / carbon composite ； suOace ablation ； research provress碳基复合材料一般是指以碳纤维或者碳化硅作为 强体加 材料中 备的复合材料，而C/C 合材 合材料中的一种［1］（ 碳合材 有高强度、高模量、高韧性、隔热 多能， 天域中使用的重要材料，长期以C/C 复合材 存在 研究 ， 在富氧高温环境下其表面的 烧蚀比较严重（见图1）（研究表明，如果C/C 复合材料表面 重为1% ，其材 的强度 下 10%; 重 10% ，其材料强度急速下 50%o C/C 复合材料主要用于 （火箭部 、洲际弹、特种飞机），其服役的环境极其恶虐，在 穿 气 程中，复合材 受 的影响。
掺杂改性C／C复合材料研究进展
第 １ 期 １
中 国 材 料 进 展
ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ １ １３ ． １ ＮＯ ． ０ １ Ｖ ２ １
２１ ０ １年 １ １月
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
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 Ｓ ｉ Ｃ陶瓷掺 杂改性 Ｃ Ｃ复合 材料 ，ＺＣ， ｒ２ 高温 陶 ／ ｒ ＺＢ 超 瓷掺 杂改性 Ｃ Ｃ复合材料 以及 Ｔ Ｃ ｆ ／ ａ ，Ｈ Ｃ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 ／
（ ｉｎＡ ｒｓａｅＣ ｍ ｏｉ ｔｒ ｌｎｔｕｅ Ｘ ’ ０ ５，Ｃ ｉａ Ｘ’ ｅｏｐ ｃ ｏ ｐ ｓｅＭａ ｉ ｓｔｔ， ｉｎ７０ ２ ａ ｔ ｅ ａＩ ｉ ａ １ ｈ ） ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂｅｎ ｈ ｄ ａ ａ ｄｄ ｔ ｔｒａ ｏ ｈ ｒ ｌｐｏｅ ｔ ｎ ｐ ｒ ｎ ｓ ｐ ｒｏ ｉ ｉｈ ｎ ｈ ｉｈ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉｇ ｔｅｉｅｌｃ ｎ ｉａｅ ｍａｅｉｌｆｒｔｅｍａ ｒｔｃｉ ａ ｓｉ ｕ ｅｓｎｃ ｆｇ ｔａ ｄ ｔｅｈｇ ｅ ｏｍａ ｃ ｏ ｔ ｌ ｆ
碳／ （ ／ ） 合材 料 即碳 纤 维 增 强 碳 基 体 复 合 材 碳 ＣＣ复
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Ｃａ ｂｏ ／Ｃａ ｂｏ ｍ ｐｏ ｉｅ ｒ ｎ ｒ ｎ Ｃｏ ｓｔ ｓ
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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，
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康
永等
碳／ 复合材 料的性 能和应用 进展 碳
碳／ 复合 材料 的性 能 和应用 进 展 碳
康 永 ，柴秀 娟
（ ．陕西金泰 氯碱化 工有 限公 司技 术 中心 ，陕西榆 林 ，７ ８０ ； １ １ 】０
２ ．陕西金泰 氯碱化 工有 限公 司 ，陕西榆林 ，７８０ ） １１０ 摘要 ：碳／ （ ／ ） 复合 材 料是 以碳 为基 体 ，碳纤 维增 强 的复合 材 料 ，具 有高 比强 度 、高 比模 量 、 碳 ＣＣ 耐 高温 、耐腐蚀 、耐疲 劳 、抗蠕 变 、导 电 、传热 和膨胀 系数小 等一系列 优异 性能 ，既可作为结 构材料 承载 重荷 ，又可作 为功能材料 发挥作用 。同时 ，碳／ （ ／ ） 复合 材 料是 一种 能 在超 高温 条件 下工 作 的高 温 碳 ＣＣ
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 和碳化处 理制成 的 全碳 质复合 材 料 。碳／ 复合 材 料在 高 温热 处 理之 碳
合材料 ，碳／ 复合 材 料 以及 陶 瓷基 复合 材 料 四大 碳 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 于其他类 复合材料 ，已经 全面 走 向工程 应 用 阶段 。Ｃ Ｃ 复合 材 料 是 一 种 多 相 ／ 非均 质混合 物 。这 种材料 的力学 性能 、热物理性 能 及摩擦 磨损性 能与 材料 的复合 材 料 最 重 要 的结 构 参 数 之 一 ， ／
ｖａ ｉｎ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｆｉｈｔｉｄｕ ｔ ｅ ． ｉｔ ｎ ｐ ｃ ｇ ｎ ｓｒ ｓ ｏ ｌ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｃａ ｂ ｎ Ｃａ ｂ ｎ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓ ｒ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｒ ｅ；ｐｒｐ ｒｉｓ；ａ ｐ ｉａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｒｏ ／ ｒ ｏ ｏ ｏ ｉ ；ｇ ａ ｈ ｔ ａｉｎ ｄ ｇｅ ｅ ｉ ｏ ｅ ｔｅ ｐ ｌ ｔｏ ｓ ｃ