碳纤维在航空领域的应用毕业论文
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
刘强
文章首先分析了碳纤维复合材料应用在航空航 天领域中的优 应 用广 泛 ， 军 用飞 行 设备 要求 体积 小 ， 飞 行速 度 快 ， 并且 外层材 料 要 势， 并 对碳 纤 维 发 展 历 程 做 出概 括 。 其 次 重 点 介 绍碳 纤维 复合 材 料 牢 固耐 用 。 针 对 这一 空航 天领 域 中的 具体 应 用 ， 以 及该 种 复合材 料 技 术在 我 国 的发 完 成 了目标 ， 设 计 制 造 的 设 备应 用成 本 更少 ， 整 体 体 积 也有 明显 的 展现状。 可帮助技术人员了解碳纤维复合材料具备的特征。 减少， 能够在短时间内提升速度， 外形材料在高温状态下不会受到
碳 纤维 复合 材料 的优势 影响。 碳纤维与其他复合型材料相比较， 自身重量更小， 并且可以根 ２ ， 碳／碳复合材料 据不 同的使用需求对材料进行成型处理。 在对航空航天领域的成品 碳／ 碳 复合材 料 中加 入 了纤维 物 质， 属于 碳纤 维 材料 的 增强 版 ，
一
．
重 量 进行 计 算 时， 发现 使 用碳 纤 维 复合材 料后 与 同等 体 积 的零 件 相 继 承 了石墨 材 料 的优 点 ， 化 学性 质更 稳 定 ， 使 用过 程 中也 不会 受 到 比较 ， 自重降低了５ ０ ０ 公斤。 这更加验证了碳纤维材料的发展优势， 其他 物 质 的 污染 ， 根 据 不 同使 用 方 向， 可 以在 原 料 中添 加 一 些 化 学 飞机等航 天设备 自重减轻后， 能够减 少运行期间的油耗， 对飞机外 成 分。 将 其制 作 成 需要 的部 件 形式 ， 通 常 也是 在 热 处 理 条件 下来 实 部 机 构 也 能 起 到 保护 作 用 。 虽然 碳 纤 维 自身重 量很 小 ， 但在 使 用 过 现 的 ， 具 有极 强的 可控 性 ， 一次 成 型后 坚 固耐用 。 机 翼 部 分在使 用中 程 中能 够 承受 高 温 带 来 的 影 响 ， 材料 自身 性 质 不会 轻 易 变 化 ， 为飞 需要 承 受 大 量 摩 擦 ， 一旦 材 料 耐 高温 性 能 差 便 会 发生 形变 ， 飞 机 不 机等 航 空 航 天设 备 的运 行提 供 了稳 定保 障 。 能 正常 行 驶 在空 中， 引发 严 重 的安 全 事 故 。 因此 在 制 造 过程 中都 会 除 上 述优 点外 ， 碳 纤 维 材 料 还 具 有优 异 的 承 载性 能 ， 其 强度 可 对 材 料 高温 环 境 中的 变化 进行 观 察 ， 选 定 自重合 理 的 材料 。经过 多 以达 到 钢 材料 的５ 倍以上。 这一点是 其他 材 料 很 难达 到 的 。 飞 机 在 起 次测 试实验 ， 发现碳／ 碳复合材料能够符合这一要求 ， 并且制造成 飞 期 间， 需要较大的初始速度， 达 到一 定 速 度后 才 能 够 Ｊ ｉ Ｎ Ｎ起飞。 本也 不 会有 明显 的增 多。 飞机 在 行 驶 期 间也 会 承受 空气 摩擦 带 来 的压 力 ， 因此 对 外层 材 料 耐 四． 我 国碳 纤维 复合 材料发 展现状 航 空 航 天 领 域 是 世 界 碳 纤 维 的传 统 市场 ， 航 空器 中碳 纤 维 复 高温 性 能 的要 求 极 高 。 经过 测 试 了解 到 ， 碳 素 纤维 能 够 在 ２ ０ ０ ０ ￣ Ｃ的 高温 环 境 中保 持 性 质不 变 ， 结 构 形 状也 不 会 发 生改 变 。 并且 碳 纤 维 合材 料 的 使用 量 未来 几年 将 以年 均 １ ２ ％的速 度继 续增 长 ， 估 计将 从 化学性质稳定， 不容 易 被 氧化 ， 应 用 在 航 天 设 备 的外 部 结 构 中 ， 也 ２ ０ ０ ８ 年的 ８ ２ ０ ０ 吨 增加 至２ ０ １ ０ 年的ｌ 万 吨 以上 ， ２ ０ １ ２ 年 可达 １ ． ３ 万吨 。 不会 被 轻 易 的腐 蚀 ， 这 种性 质也 是 传 统复 合材 料 中不 具 备 的 。 这 样 碳纤 维 复合材料 约 占空 客Ａ３ ８ ０ 飞机 ３ ５ 吨结 构 材 料 中的２ ０ ％ 以上 ， 包 能够 保 护 飞 机安 全 ， 使 用解 读 阶 段 外层 结 构 不会 变 形 ， 制 造 成 本 方 括 中央 翼 盒 、 机尾 组 件以 及 压舱 壁 。 波音 ７ ８ ７ 中结构 材 料 有近 ５ ０ ％需 面也 有 明显 的 降低 。 要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料， 包括主机翼和机身。 金属 结 构 材 料 采 用碳 纤 维 复合材 料后 不仅 可 以减 轻机 身质量 ， 而 且 ＝． 碳 纤维 的发展 大 型 飞 行 设 备 的 自重 问题 一直 是 航 空 航 天 领 域 研 究 的 重 点 内 还可 以 保证 不 损 失 强度 或 刚度 ， 大 大提 高 了燃 油 经济 性 。 新 一 代 的 容， 减轻飞机的 自重能够更准确的控制制造成本， 飞机飞行的速度 客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。 也会 有 明显 提 升。 因此 在 大 型飞 机 制 造 领域 中最 先 提 出了碳 纤 维 复 现阶段我国的国际竞争力在不断地增强， 但是现实中存在的问 合材 料 的 理念 。 但 此 类材 料 技 术 最早研 发 的领 域并 不是 航 空 航 天 ， 题是 ， 我 国 的碳 纤 维 复合 材 料 的发 展 并 不 能 满 足 现 实 生 活 中的 需 求， 作 为航 天 航 空 领域 的重 要支 柱 ， 碳纤 维 复合材 料 的生 产 和 研 究 随着 技 术逐 渐 进步 完善 才 被应 用 到高 科 技 生产 环 节 中。 制 作碳 纤 维 混 合材 料 时 ， 要 考虑 材 料 使用 后 复合 的 部 分。 最 常 直接 关 系到 我 国高 新 技 术 产业 尤 其 是 航 天 航 空 产业 能 否 占领 世 界 见 的 是 将 碳 纤 维 与 树 脂 材 料 进行 符合 ， 这 样成 本 的 化 学 性 质 更 稳 的科 技技 术前 沿 ， 因此 国家 的大 力 扶 持起 着相 当重 要 的作 用 ， 不 仅 仅是 要 在资 金 上给 予 帮 助 ， 更 要创 造 良好 的 环境 来促 进 发 展 。 在 政 定， 并 且在 优 点上 能 够互 相结 合， 在 航 天 飞行 设 备 中应 用广 泛 。 碳 纤
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碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂基复合材料组成的一种新型材料。
碳纤维因其高强度和轻质，在航空航天领域中备受青睐。
树脂基则能够使碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性和耐热性。
碳纤维复合材料在航空航天领域中有着广泛的应用前景。
碳纤维复合材料在飞机制造中具有重要的应用价值。
飞机作为航空航天领域的主要设备之一，对材料的要求尤为严格。
传统的金属材料在满足飞机强度和耐久性的却往往会带来较大的结构重量。
而碳纤维复合材料因其轻质高强的特点，能够显著减轻飞机的自重，提高飞机的燃油效率和飞行性能。
碳纤维复合材料在飞机机身、翼面、舵面等部件的制造中有着广泛的应用。
与此碳纤维复合材料还能够有效提高飞机的使用寿命，减少维护成本，因此在未来飞机制造中有着巨大的潜力。
碳纤维复合材料在航天器制造中也具有重要的应用价值。
航天器要求具有极高的机械性能和热性能，能够在极端的空间环境中良好运行。
传统的金属材料往往难以满足这些要求，而碳纤维复合材料由于其优异的耐热和耐腐蚀性能，特别适用于航天器制造。
它不仅能够减轻航天器的重量，提高发射载荷，还能够提高航天器的稳定性和耐久性。
在未来航天器研制中，碳纤维复合材料有望得到更广泛的应用。
除了在飞机和航天器中的应用，碳纤维复合材料还可以用于航空航天领域的其他方面，比如火箭、导弹、航空发动机、航空航天设备等领域。
其优异的性能能够为这些设备提供更好的整体性能，并且减轻整机重量，提高燃烧效率，延长使用寿命，降低维护成本。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用并非没有挑战。
碳纤维复合材料的制造成本相对于传统金属材料较高，这使得一些航空航天制造公司在应用上存在一定的顾虑。
碳纤维复合材料的工艺要求较高，需要特殊的生产设备和技术，这也增加了生产难度和成本。
碳纤维复合材料的环保性能和可再生性也是当前亟待解决的问题。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用具有广阔的前景，虽然在应用过程中会面临一些挑战，但通过技术创新和工艺提高，相信这些问题都能够得到合理解决。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用摘要：与其它高性能纤维相比，碳纤维具有优异的力学性能、较高的比模量，甚至在高温下，碳纤维的强度也不会受到影响。
此外，在导电，热传导和电磁屏蔽方面也表现出良好的优异特性。
碳纤维复合材料在飞机上的应用越来越广泛，性能也越来越好。
近年来，近一半以上的碳纤维复合材料应用于新型高端航空产品。
碳纤维复合材料用于航空器促进航空业快速发展，取得良好成效，对于碳纤维产业进一步发展有重要意义。
关键词：碳纤维复合材料；航空领域；应用研究1.碳纤维复合材料的优势碳纤维相对于其他复合型材料本身重量较轻，且能够根据不同使用要求成型处理材料。
航空航天领域成品重量计算中发现采用碳纤维复合材料比相同尺寸零件自重减轻500公斤。
这更证明碳纤维材料在研制过程中的优越性，当飞机和其他航天设备自重降低时，可以降低工作过程中的燃油消耗，同时还可以为飞机外部机构提供防护。
尽管碳纤维本身重量较小，但是其在服役期间可以经受高温所造成的冲击，而且材料本身的特性也不容易发生改变，这就给飞机和其他航空航天设备提供了一个稳定的工作保证。
除了以上优点之外，碳纤维材料承载性能也很突出，强度可达钢材料强度的五倍以上。
这一点是其他材料难以做到的。
飞机在起飞过程中，要求初始速度很大，要达到一定的速度才能顺利地起飞。
飞机在飞行过程中还受到空气摩擦所产生的压强，所以对于外层材料的耐高温性能要求非常高。
经检测得知，碳素纤维在2000°C高温环境下仍能保持其性能不变，结构形状基本没有变化。
并且碳纤维化学性质稳定，不容易被氧化，应用在航天设备的外部结构中，也不会被轻易的腐蚀，这种性质也是传统复合材料中不具备的。
这就可以对飞机进行安全防护，外层结构在使用解读阶段不发生形变，在制造成本上得到显着下降。
2.碳纤维复合材料在航空领域中的应用2.1碳纤维复合材料应用于飞机制造随着新的飞机如空客，波音等的投产，对碳纤维行业的发展有了很大的推动作用。
碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用
碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体构成的先进结构材料。
它具有轻质、高强度、高弹性模量等优点，因此在航空航天
领域中被广泛应用。
首先，碳纤维复合材料在飞机机身中的应用已经成为航空制造
的主流趋势。
传统的飞机制造材料包括金属、铝合金等，而随着
制造材料的不断更新换代，碳纤维复合材料因其低密度、优异的
机械性能和设计自由度受到了广泛的关注和应用。
在飞机机身和
翼面等部位中，碳纤维复合材料不仅可以有效降低飞机重量，而
且还可以提高飞机的稳定性和安全性。
其次，碳纤维复合材料在航天器中的应用也越来越广泛。
在航
天器的结构设计中，需要同时考虑重量、强度和刚度等因素，而
碳纤维复合材料却能够满足这些要求。
与传统的金属材料相比，
碳纤维复合材料的重量仅为其1/4，又能够承受更高的载荷。
此外，碳纤维复合材料可以在空气和宇航环境下保持较好的性能，因此
也被广泛应用于航天器的热控制和防护中。
最后，碳纤维复合材料在航空航天领域中的进一步应用前景非
常广阔。
随着材料科学和制造技术的不断发展，碳纤维复合材料
的性能将不断得到提升，同时也将得到更广泛的应用。
例如，碳纤维复合材料可以被用于制造更加精密和高效的导弹、卫星等高科技产品中，从而最大限度地提高这些产品的性能和质量。
总之，碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用已经成为不可或缺的一部分。
它的轻量化、高强度和高弹性模量等优点，使得碳纤维复合材料成为航空制造和航天器设计中的首选材料之一。
随着研究和应用的不断深入，碳纤维复合材料的应用前景将变得更加广阔。
碳纤维前景及应用论文
碳纤维前景及应用论文碳纤维是一种高性能纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀和耐疲劳等优良特性，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑工程等领域。
随着全球工业化进程的不断推进，碳纤维的需求量也在逐步增加，其未来发展前景十分广阔。
碳纤维的应用领域十分广泛。
在航空航天领域，碳纤维被用于制造飞机的机身、机翼、舵面等部件，能够大幅减轻飞机的整体重量，提高机动性和燃油效率。
在汽车领域，碳纤维被广泛应用于高性能跑车、电动车等车辆的车身、悬挂系统、内饰等组件，能够提高车辆的性能和安全性。
在体育器材领域，碳纤维被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等器材，提高了产品的性能和使用寿命。
同时，在建筑工程领域，碳纤维也被广泛应用于桥梁、建筑结构、地基处理等方面，能够提高建筑物的抗震性和耐久性。
碳纤维的未来发展前景也备受瞩目。
首先，随着科技的不断进步，碳纤维的生产工艺和技术不断提升，能够生产出更加优质的碳纤维材料，提高了其性能和稳定性。
其次，随着人们对于节能减排和资源循环利用的重视，碳纤维作为一种轻质高强度材料，能够有效减轻产品的整体重量，降低能源消耗和环境污染。
同时，碳纤维材料还可以实现回收利用，提高了资源的可持续利用性。
此外，碳纤维的市场需求量也在不断增加，随着新兴产业的不断涌现，碳纤维的应用领域也将不断扩大。
然而，碳纤维在应用过程中还面临一些挑战和问题。
首先，碳纤维的生产成本较高，限制了其在一些领域的大规模应用。
其次，碳纤维的回收利用技术还不够成熟，难以实现资源的循环利用。
同时，碳纤维的制造过程对环境造成了一定的污染，需要更加环保的生产工艺。
另外，碳纤维的安全性以及其与其他材料的复合性也需要更多的研究和改进。
综上所述，碳纤维作为一种高性能的纤维材料，具有广泛的应用前景和发展空间。
随着工业化进程的不断推进和科技的不断发展，碳纤维的生产工艺和技术将不断完善，其应用领域将不断扩大。
同时，我们也需要进一步加大对碳纤维材料的研究力度，解决其在生产、应用过程中存在的问题，推动碳纤维材料行业的可持续发展。
碳纤维复合材料在航天工程中的应用
碳纤维复合材料在航天工程中的应用随着科学技术的不断进步和人们对宇宙探索的需求，航天工程已经成为人类重要的科学领域之一。
在这个领域中，碳纤维复合材料的应用正在逐渐被广泛认可。
碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂基复合材料组成，其独特的物理性能使其在航天工程中拥有广泛的应用前景。
本文将重点介绍碳纤维复合材料在航天工程中的应用。
一、碳纤维复合材料在火箭制造中的应用火箭制造是航天工程中最重要的领域之一。
碳纤维复合材料具有重量轻、刚度高、强度大等优点，是制造高性能火箭的理想材料。
例如，国际上著名的阿雅航天公司的火箭外壳就是采用碳纤维复合材料制造的。
由于它的质量轻，可以减少重量，提高火箭的起飞速度和助推力。
同时，碳纤维复合材料的耐高温性和耐腐蚀性也可以保证火箭在极端环境下的性能稳定性。
二、碳纤维复合材料在卫星制造中的应用卫星制造是航天工程中重要的一环。
卫星的机构和构件需要具备轻、刚、稳、耐腐蚀等特性，而碳纤维复合材料正好满足这些需求。
例如，安装在卫星上的太阳能面板，就采用碳纤维复合材料制造。
太阳能面板以及其他卫星构件对轻量化和强度要求极高，而碳纤维复合材料的物理特性恰好符合这些要求。
同时，碳纤维复合材料的耐腐蚀性和抗辐射性也可以保证卫星的长期使用寿命和稳定性。
三、碳纤维复合材料在空间站建设中的应用空间站是航天工程中的一颗明珠。
空间站的构件材料需要具备轻、强、稳、耐腐蚀、抗辐射等特性。
碳纤维复合材料在空间站建设中的应用主要集中在空间站外壳和结构构件。
例如，国际空间站的太阳能板就采用了碳纤维复合材料制造。
这些材料可以保证空间站的重量最小化和稳定性最大化，从而保证空间站在空间中能够长期运行和发挥作用。
综上所述，碳纤维复合材料在航天工程中的应用前景非常广阔。
这些材料在火箭制造、卫星制造和空间站建设等领域都具有广泛的应用前景和优势。
因此，继续深入研究和开发碳纤维复合材料，在发展航天事业中发挥更大的作用，具有重要的战略意义。
碳纤维复合材料论文
碳纤维复合材料论文导言碳纤维复合材料（CFRP）是一种由碳纤维和树脂基体组成的高性能材料。
随着科技的进步，CFRP在航空航天、汽车工业、体育用品等领域中得到了广泛的应用。
本论文将就CFRP的制备方法、性能特点以及应用前景进行详细探讨。
1. CFRP的制备方法CFRP的制备方法通常包括纺丝、预浸料、固化和成型四个步骤。
1.1 碳纤维纺丝碳纤维是由多个碳纤维丝束组成的。
纺丝过程中，先将碳纤维丝束在高温下拉伸，然后进行表面处理，以增加纤维与树脂的粘合性能。
1.2 预浸料制备预浸料是将纺丝得到的碳纤维与树脂基体进行浸渍得到的材料。
树脂基体一般采用环氧树脂。
预浸料制备过程中需要控制纤维的含量、纤维间的排列方式以及树脂的渗透性。
1.3 固化固化是指通过加热或加压将树脂基体中的单体或低分子量聚合物转变为高分子量聚合物的过程。
固化可以提高CFRP的强度和刚度。
1.4 成型成型是将固化后的预浸料经过特定形状的模具加热或加压成型，得到最终的CFRP产品。
2. CFRP的性能特点CFRP具有许多优良的性能特点，使其成为许多领域的首选材料。
2.1 高强度和高刚度相比于传统的金属材料，CFRP具有更高的强度和刚度。
其拉伸强度可以达到2000 MPa，弹性模量可以达到150 GPa以上。
2.2 轻质CFRP的密度大约为1.6 g/cm³，相比于钢材（7.8 g/cm³）和铝材（2.7g/cm³），CFRP具有更轻的重量优势。
2.3 抗腐蚀性由于CFRP的主要组成部分是碳纤维和树脂基体，它具有优良的抗腐蚀性能，不易受潮湿环境、化学物质和气候变化的影响。
2.4 热稳定性CFRP具有较高的热稳定性，可以在高温环境下长期使用而不发生形变或脆化。
2.5 高耐疲劳性由于CFRP的高强度和高刚度，它具有出色的耐疲劳性能，适用于长期受到重复加载的应用场景。
3. CFRP的应用前景随着CFRP技术的不断发展，其在各个领域的应用前景十分广阔。
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碳纤维复合材料是一种高性能的材料，因其重量轻、强度高、耐疲劳、耐高温、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天领域，成为飞机、卫星、火箭等重要部件的首选材料。
一、碳纤维复合材料在航空领域的应用碳纤维复合材料广泛应用于飞机制造中。
例如，利用复合材料制造的飞机机身重量比使用传统金属材料制造的机身要轻约20%~30%。
同时，碳纤维复合材料具有在飞行过程中不易产生氧化、腐蚀和疲劳等问题，使得飞机的使用寿命更长，飞行安全性更高。
此外，碳纤维复合材料还被广泛应用于航空发动机和动力系统中。
由于碳纤维复合材料的高强度和耐高温性能，它成为了制造航空发动机涡轮叶片、喷气管、密封件和火花塞等关键部件的重要材料。
二、碳纤维复合材料在航天领域的应用碳纤维复合材料在航天领域也有广泛的应用。
例如，卫星的结构材料、轻量级的推进剂容器、燃烧室、导管等主要采用碳纤维复合材料。
此外，火箭发动机内部的绝热材料和翼型的制造也采用碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料在航天领域的应用，具有三个显著的优点。
首先，碳纤维复合材料具有较低的质量和高的强度，可以增加有效载荷的质量，并减少发射费用。
其次，碳纤维材料的高温特性可增加了航天器的使用温度范围。
第三，碳纤维复合材料的抗辐射能力比传统材料要强，因此更加适用于太空环境中的应用。
三、碳纤维复合材料在未来的应用前景作为一种高性能的材料，碳纤维复合材料在未来还有广泛的应用前景。
对于飞机制造，碳纤维复合材料将成为实现飞机超轻量化和高效能的关键材料。
在航天领域，碳纤维复合材料将在未来的太空探索中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步，碳纤维复合材料的生产成本将不断下降，同时，其性能还将不断得到提升。
这些因素都将推动碳纤维复合材料在航空航天领域的应用向更高的水平发展。
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姓名专业班级论文名称碳纤维在航空领域的应用指导教师实习单位日期2015.5.30毕业设计（论文）任务书2012届：2015 专业（班）：姓名:课题名称、主要内容和基本要求进度安排指导教师评语:指导教师签名：评阅教师评语评阅教师签名：答辩小组组长签名：年月日碳纤维在航空领域的应用摘要: 本文介绍了碳纤维的分类和力学性能，并着重介绍了碳纤维复合材料的特性及成型工艺，最后阐述了碳纤维复合材料在国内外航空领域应用情况。
关键词：碳纤维；碳纤维复合材料；航空领域目录1 碳纤维1.1碳纤维的概念 (1)1.2组成结构 (1)1.3碳纤维的物理性能 (2)1.4五种碳纤维的分类方式 (2)1.5碳纤维的制备 (3)1.6制备技术要点 (5)2碳纤维增强复合材料 (5)2.1碳纤维增强复合材料种类 (6)2.1.1碳纤维增陶瓷基复合材料 (6)2.1.2碳/碳复合材料 (6)2.1.3碳纤维增强金属基复合材料 (7)2.1.4碳纤维增强树脂复合材料 (7)2.2碳纤维复合材料的特性 (8)2.2.1 强度 (8)2.2.2 抗拉强度 (9)2.2.3弯曲强度 (9)2.2.4抗压强度 (10)2.2.5断裂韧性 (10)2.2.6耐磨性 (10)2.2.7灵敏性 (10)2.2.8电阻特性 (11)2.2.9温敏性 (12)2.2.10界面结合强度 (12)2.2.11吸波性 (13)2.3碳纤维增强复合材料的成型 (13)2.3.1热缩工艺 (14)2.3.2预吸胶工艺 (14)2.3.3真空袋压工艺成型 (15)3.碳纤维与碳纤维复合材料在航空航天领域的应用 (15)4.结束语 (18)5.参考文献 (18)致谢 (19)1.1碳纤维的概念碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
[1]碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。
良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
1.2组成结构碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。
其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维的微观结构类似人造石墨是乱层石墨结构各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起[1]。
其结构如图(1)所示:1.3碳纤维的物理性能（1）力学性能优异：碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。
密度约为1.5到2.0克每立方厘米；这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。
同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点[2]。
（2）外形有显著的各向异性柔软：可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。
碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多。
（3）碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数）拉力高达300kg每微米。
（4）耐高温：在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。
（5）另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。
1.4碳纤维的分类碳纤维的五种分类方法[3]如表(1-1)所示:（1）其中用量最大的是聚丙烯腈PAN 基碳纤维。
市场上90%以上碳纤维以PAN 基碳纤维为主。
由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。
（2）碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，由于碳纤维具有无可比拟的优良材料特性所以碳纤维逐渐成为航空上不可缺少的材料。
1.5碳纤维的制备碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得，用量最大的是聚丙烯腈PAN 基碳纤维。
目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。
碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。
其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等[4]。
制备流程如下图（2）所示：图（2）碳纤维的制备流程（1）原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。
制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。
制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（喹啉可溶各向异性沥青）等。
作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。
（2）预氧化(聚丙烯腈纤维200～300℃)、不熔化（沥青200～400℃）或热处理(粘胶纤维240℃),以得到耐热和不熔的纤维,酚醛基碳纤维无此工序。
（3）碳化,其温度为：聚丙烯腈纤维1000～1500℃,沥青1500～1700℃,粘胶纤维400～2000℃。
（4）石墨化,聚丙烯腈纤维为2500～3000℃,沥青2500～2800℃,粘胶纤维3000～3200℃。
（5）表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。
（6）上浆处理,防止纤维损伤,提高与树脂母体的亲和性。
所得纤维具有各种不同的断面结构。
1.6制备技术要点[6]（1）实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。
碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始，实现一条龙生产。
原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。
优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。
（2）杂质缺陷最少化，这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施，也是科技工作者研究的热门课题。
在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
（3）在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。
这是降低生产成本的方向性课题。
（4）研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。
高温炭化温度一般在1300～1800℃，石墨化一般在2500～3000℃。
在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。
如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。
2碳纤维增强复合材料在当代高科技产物都是出于军事领域,碳纤维复合材料也是一样.在20世纪50年代,世界强国都开展了对太空领域的探索,所以碳纤维复合材料也应运而生,随着科技的不断进步,碳纤维复合材料制品也进入了平常人的生活中,小到羽毛球拍大到汽车无处不见到碳纤维何处材料的身影.碳纤维合成材料的强度要高于铜,自身重量却小于铝.与玻璃纤维相比,碳纤维还有高强度、高模量的特点,是非常优秀的增强型材料.它不仅可以对塑料、金属、陶瓷灯材料进行增强.还可以做为新型的非金属材料进行应用,它的组要特点有:高强度、耐疲劳、抗蠕变、导电、高模量、抗高温、抗腐蚀、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能[7]。
2.1碳纤维增强复合材料种类尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能,然而,它属于脆性材料,只有将它与基体材料牢固地结合在一起时,才能利用其优异的力学性能,使之更好地承载负荷.因此,碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料.根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果.碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷,而目前使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料[8]。
2.1.1碳纤维增陶瓷基复合材料陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性,广泛应用于工业和民用产品。
但是对裂纹、气孔和夹杂物等细微的缺陷很敏感 .用碳纤维增强陶瓷可有效地改善性改变陶瓷的脆性断裂形态,同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。
目前国内外比较成熟的碳纤维增陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅材料,因其具有优良的高温力学性能,在高温下服役不需要额外的隔热措施,因而在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域具有广泛应用[9]。
2.1.2碳/碳复合材料碳/碳复合材料是碳纤维增强碳基复合材料的简称,也是一种高级复合材料,它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成,碳/碳复合材料主要由各类碳组成,即纤维碳,树脂碳和沉积碳,这种完全由人工设计、制造出来的纯碳元素构成的复合材料具有许多优异性能,除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外,还具有较高的断裂韧性和假塑性,特别是在高温环境中,强度高、不熔不燃,仅是均匀烧蚀,这是任何金属材料无法与其比拟的,因此广泛应用于导弹弹头、固体火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等高科技领域[10]。
2.1.3碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料是以碳纤维为增强纤维,金属为基体的复合材料.碳纤维增强金属基复合材料与金属材料相比,具有高的比强度和比模量与陶瓷相比具有高的韧性和耐冲击性能,金属基体多采用铝、镁、镍、钛及它们的合金等.其中碳纤维增强铝、镁复合材料的制备技术比较成熟,制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是碳纤维的表面涂层,以防止在复合过程中损伤碳纤维从而使复合材料的整体性能下降.目前在制备碳纤维增强金属基复合材料时碳纤维的表面改性主要采用气相沉积、液钠法等.但因其过程复杂、成本高,限制了碳纤维增强金属基复合材料的推广应用。
2.1.4碳纤维增强树脂复合材料碳纤维增强树脂基复合材料( CFRP )是目前最先进的复合材料之一,它以轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料,是其他纤维增强复合材料所无法比拟的.碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂主要分为两大类:一类是热固性树脂,另一类是热塑性树脂.热固性树脂由反应性低分子量集体或带有活性基团高分子量聚合物组成,成型过程中在固化剂或热作用下进行交联、缩聚,形成不熔不溶的交联体型结构.在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等.热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成,在一定条件下溶解熔融.只发生物理变化.常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等[11]。