炭炭复合材料及其制备
炭炭复合材料
炭炭复合材料炭炭复合材料是一种由炭素材料制成的复合材料，具有轻质、高强度和耐高温的特点，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着广泛的应用前景。
炭炭复合材料的制备方法主要包括炭化法、碳化法和热压法等，不同的制备方法可以得到不同性能的炭炭复合材料，因此选择合适的制备方法对于材料性能的提升至关重要。
炭炭复合材料的主要组成是碳纤维和碳基基体材料。
碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，是炭炭复合材料中的增强相，能够有效提高材料的强度和刚度。
而碳基基体材料则起着支撑和连接碳纤维的作用，能够有效减小材料的脆性，提高其韧性和耐磨性。
因此，合理选择和设计碳纤维和碳基基体材料的比例和结构，对于炭炭复合材料的性能具有重要影响。
在实际应用中，炭炭复合材料具有许多优异的性能。
首先，其具有极高的耐高温性能，能够在高温环境下长时间保持良好的力学性能，因此在航空航天领域有着广泛的应用。
其次，炭炭复合材料具有较低的密度和良好的耐腐蚀性能，能够满足汽车制造和化工设备等领域对材料轻量化和耐腐蚀的需求。
此外，炭炭复合材料还具有良好的导热和导电性能，适用于电子设备散热和导电部件的制造。
然而，炭炭复合材料也存在一些不足之处，例如其加工难度较大、成本较高等问题，限制了其在一些领域的广泛应用。
因此，如何降低炭炭复合材料的制备成本、提高其加工性能，是当前炭炭复合材料研究的热点之一。
总的来说，炭炭复合材料具有广阔的应用前景和发展空间，其优异的性能使其在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着重要的地位。
在未来的研究中，需要进一步优化炭炭复合材料的制备工艺，提高其性能和降低成本，以满足不同领域对材料性能的需求，推动炭炭复合材料的广泛应用和发展。
复合材料概论第9章--碳碳复合材料
◆ 沉积碳
沉积碳（CVD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、丙稀或乙炔，有的还采用 天然气作前驱体。
在液相气化CVD（CLVD） 则采用煤油等含碳前驱体。
◆ 各种编织方法制成的预制体
◆ 三维正交预制体
三维正交碳纤维增强的C/C及其显微结构
◆ 五维预制体
◆ 飞机刹车盘预制体
◆ 导弹、火箭鼻锥、喷管编织预制体
◆ 导弹、火箭鼻锥、喷管预制体制编织
导弹、火箭鼻锥、喷管预制体制编织车间
2、基体碳
基体碳分为：树脂与沥青浸渍碳和沉积碳两种
◆ 树脂（沥青）浸渍-碳化对浸渍剂的要求 树脂（沥青）碳均是由碳纤维预制体浸渍树脂或沥青
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。
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。
随后，随着温度的升高，树脂经历脱氢，体积收缩变化不大，趋于 稳定；
当温度高于2000℃（碳化后的热处理），树脂碳乱层结构中的网平 面的排列紊乱程度有所减弱（趋向于向石墨结构方向），引起裂缝， 体积略有增加。
树脂碳因树脂的化学结构的重排困难，难于石墨化， 主要是各向同性的树脂碳。
循环浸渍－碳化曲线反映了浸渍－碳化工艺特点：
● 热固性沥青烯（BS）：不溶于石油醚，但溶于苯和甲苯； ● –树脂（ ● –树脂（
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。
(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。
炭炭复合材料_热导率_测定_概述及解释说明
炭炭复合材料热导率测定概述及解释说明1. 引言1.1 概述：炭炭复合材料是一种具有特殊结构和性能的材料，在热导率方面具有重要应用价值。
热导率是指材料传导热量的能力，它在许多领域中起着关键作用，例如电子器件散热、节能建筑等。
因此，了解炭炭复合材料的热导率及其测定方法对于进一步探索其性能和应用具有重要意义。
1.2 文章结构：本文将从几个方面对炭炭复合材料的热导率进行概述和解释说明。
首先，我们将介绍炭炭复合材料的定义和特点，包括其组成成分、微观结构及物理性质等方面。
其次，我们将详细探讨制备方法，包括碳化工艺、压制工艺等，并对各种方法进行比较和分析。
接着, 将介绍该材料在不同领域的应用情况，并阐述其优势和潜在问题。
然后，我们将给出关于测定方法的概述，包括测量原理、实验装置以及数据处理方法等内容。
1.3 目的：本文的目的是全面概述和解释炭炭复合材料的热导率及其测定方法，以促进人们对该特殊材料性能的深入了解。
通过本文的阐述，读者可以更好地理解炭炭复合材料的制备工艺、特性以及应用领域，并掌握相关测定方法。
此外，我们也希望能够为未来在该领域的进一步研究提供一些有益的启示和展望。
以上便是文章“1. 引言”部分内容撰写完毕。
2. 炭炭复合材料2.1 定义和特点炭炭复合材料是由炭素和石墨颗粒等碳质材料组成的复合材料。
它具有优异的导电性、高温稳定性、耐腐蚀性和机械强度，在多个领域都有广泛的应用。
2.2 制备方法炭炭复合材料的制备方法主要包括浸渍法、化学气相沉积法和压力过滤法等。
其中，浸渍法是最常用的方法之一。
该方法首先制备出具有良好孔隙结构的碳棉基体，然后通过浸渍方式将聚合物树脂或沥青渗透到碳棉中，最后经过高温热解处理得到了炭炭复合材料。
2.3 应用领域由于其导电性能好且能耐受高温环境，在航空航天、电子器件、汽车工业以及能源领域等都有广泛应用。
在航空航天领域，炭炭复合材料被广泛应用于导电件和隔热部件；在电子器件中，它可以用作散热材料，提高器件的散热效果；在汽车工业中，炭炭复合材料被应用于制动系统和发动机零部件等高温高压环境下的部件；而在能源领域，炭炭复合材料可用于核电站中的导热管道和隔热元件。
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。
炭炭复合材料制备详解
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。
化学液气相沉积制备炭_炭复合材料的机理及研究进展
化学液气相沉积制备炭/炭复合材料的机理及研究进展发布时间：2022-11-09T08:28:16.929Z 来源：《科学与技术》2022年第14期作者：张稳，马佳维，姚成君，李俏，唐凤,赵娜娜，周凯兴[导读] 科技的发展，推进了工业生产，各类复合材料相继出现，为各行各业生产经营提供了有效支持张稳，马佳维，姚成君，李俏，唐凤,赵娜娜，周凯兴西安超码科技有限公司（陕西省西安市）710025摘要：科技的发展，推进了工业生产，各类复合材料相继出现，为各行各业生产经营提供了有效支持。
本文主要讲述了化学液气相沉积机理，并概括性总结了当前国内外此工艺的研究进展。
关键词：化学液气相沉积；炭/炭复合材料；机理；快速沉积0 引言从炭/炭复合材料实际应用看，表现出较多优势，不仅具有高强度、高抗热震性，同时也具有低密度、低烧蚀率、低热膨胀系数等优势，它具备了炭材料优异的高温性能，也有纤维增强复合材料良好的力学性能，由于诸多优势，使得炭/炭复合材料广泛应用于各个领域，比如飞机制造、火箭发动机喷管、机翼前缘等构件都可以看到此类材料，可见其具备不错发展前景。
除此之外，炭/炭复合材料也应用可以作为刹车材料使用，现己广泛应用；而将该材料应用到生物医学领域也取得不错的效果，比如人造心脏瓣膜、牙种植体、人工骨，也可以作为植入矫正材料，这也近年来该领域的研究热点方向。
1 不同类化学气相沉积工艺研究等温化学气相沉积工艺，主要就是在沉积炉内的等温空间中，放入炭纤维预制体，促使前驱体碳氢化合物和载气，顺利从预制体表面流过，并通过相应的扩散，最终进入到预制体内部，在这种模式下，会导致预制体表面气体浓度明显高于内部。
与反应气体扩散速率相比，非均相的表面反应所生成的热解炭速率会更快，此种情况下，热解炭出现的沉积现象主要出现在预制体孔隙入口首位，并不会在孔隙内发生沉积，所以，极易引发孔隙堵塞情况，导致发生闭孔现象，这种情况下，会对炭／炭复合材料致密化产生一定的影响，进而直接阻碍炭／炭复合材料性能的发挥。
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备
热固性树脂
流
浸渍、固化
程
及
工 艺
炭化 900-1500℃
化学气相沉积 （CVD或CVI ）
C/C 复合材料
石墨化处理 （2100-2800℃）
C/C 复合材料
沥青浸渍
炭化 1000℃
炭/炭复合材料的制备
? 炭纤维是制造C/C复合材料最主要的原材料之一。常用炭纤维有聚丙 烯腈(PAN) 炭纤维和沥青基(Pitch)炭纤维,聚丙烯腈基炭纤维应用最为 广泛。
炭/炭复合材料的制备
一、液相浸渍工艺：
液相浸渍工艺是将碳纤维预制体置于树脂或沥青等有机物中进行浸 渍，并用热处理方法在惰性气氛中将有机物炭化的过程。为使浸渍剂的 炭转化率高且结构缺陷少，要求含炭有机物应具备如下要求： 1、残炭率高，减少浸渍炭化次数，减少炭化过程的收缩； 2、炭化时应有低的蒸汽压，使分解形成的低分子产物并不挥发掉，而是 进一步环化。 3、炭化不应过早地转变为坚硬的固态。 4、固化后树脂、沥青的热变形温度高。 5、固化、炭化时不易封闭坯体的孔隙通道。
炭/炭复合材料的制备
炭纤维预制体的致密化决定了制备C/C复合材料的成本 和性能。致密化过程中的关键因素为： 一、速率和效率：即如何在尽可能短的时间里和用尽可能低 的成本获得尽可能高的密度； 二、基体炭的结构：即得到的基体炭结构应满足使用要求； 三、材料密度和基体炭结构的均匀性。
实用的C/C复合材料均应满足以上几点。一般常用致密 化工艺有液相浸渍工艺和化学气相渗透(CVI)工艺。
? 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 都进入了这一先进领域，在提高性能、快速致密化工艺研究以及扩大 其应用等方面取得了很大进展，成为新世纪的关键新材料之一。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
一、C/C复合材料的主要性能特点： 低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放
炭/炭复合材料及其制备
炭/炭复合材料及其发展进程
? C/C复合材料是炭纤维增强炭基复合材料的简称，是由纤维增强相和 基体相组成的一种复合结构。
? C/C复合材料是1958年在Chance Vought航空公司实验室偶然得到的。
? 自七十年代，在美国和欧洲得到很大发展，在制定工艺方面，炭纤维 多向编制技术、高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法（CVI）为有效 得到高密度的 C/C复合材料提供了工艺基础，开辟了其制造、批量生 产和应用的广阔前景。
炭/炭复合材料的制备
二、化学气相渗透(CVI)工艺：
化学F气I 相针渗针针透F(ICVI)工艺是一种在控制条件下向多孔通的炭纤维预制体 内 中部，空加间热进至针行所针针沉 需积温的度涂，层通工入焦 焦 焦艺碳。源气CCV体VI工I(真如艺C过H程4、是C焦焦焦焦焦把3H预6制等体向废废管道)进置行于热专解用沉C积VI，炉
? 炭纤维的选择主要基于所设计的复合材料的应用和工作环境，用于增 强C/C复合材料的纤维有多种，对重要的结构选用高强、高模纤维； 对导热系数要求低则选用低模量炭纤维。
? 预制体是指按照产品的形状和性能要求，把炭纤维预先制成所需形状 的毛坯。一般按增强方式分为短纤维增强预制体、连续长纤维增强预 制体和长短纤维复合增强预制体。
4. 生物医学上的应用: 碳元素有良好的生物相容性，C/C 复合材料承继了这种特性，可作为 牢固的材料用作高应力下的外科植入物，现已成功的在人体内植入了 C/C复合材料制造的人工关节。
5. 其它方面的应用: 如C/C复合材料可以用于制造核反应堆中的无线电频率限幅器、卫星 上的通讯反射器、内燃机的活塞、高温玻璃控制工具、高温紧固件、 热压模、超塑性金属模具以及体育器材等。
气、在2000℃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。 二、C/C复合材料的主要应用领域 1. 刹车制动中的应用：
C/C复合材料是理想的摩擦材料。大部分军用和民用飞机及一些高级赛车均 采用C/C复合材料制造刹车装置。世界上生产的 C/C复合材料中按体积计算有63% 用于制造飞机的刹车装置。 2. 航天领域上的应用：
航空器在受热最严峻的部位一般采用C/C复合材料制造，如固体火箭发动机 的喷管、导弹鼻锥帽，这些部件的工作温度高达3000℃。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
3. 航空发动机上的应用: C/C复合材料能在高温下长时间稳定可靠地工作，用这种材料制造的 涡轮发动机叶片代表着当前C/C复合材料的工艺水平。
总结及展望
尽管C/C复合材料有许多优异的性能和如此广阔的用途, 但目前由于价格的原因,其用途仍限制在一些工作条件苛刻的 部位,以及其它材料不能代替的航空航天和军事领域,而且用 得最多的还是飞机的刹车片。因此,为了扩大它在民用领域的 应用,需要在如下两方面继续做出努力: ?(1) 研究新的成型工艺,缩短生产周期,降低成本。 ?(2)形成规模化生产,与树脂基或陶瓷基复合材料形成一定的 竞争力。
FI
以填充炭焦焦纤维预制焦 焦体中的孔隙的过程。CV针I针工针艺增密过程中，炭纤维成 为了热解焦焦炭生长的焦 焦天然核心，针二针针者之间结合得真非真常真紧密,而且随着沉积的 进行，热解炭通过桥接把纤维连为一体，使整个坯体形成一个高强高模 的材料实体；其次，CVI热解炭的微观结构可以通过调节工艺参数来调 控，以获得满足各种性能要求的热解炭的结构。CVI基体炭由于与纤维 结合紧密、结构可调，因此是制备高性能C/C复合材料的首选方法。