碳碳复合材料剖析
碳碳复合材料的应用研究现状
碳碳复合材料的应用研究现状碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composites，简称C/C复合材料）是一种高性能的结构材料，由碳纤维和炭化石墨相互穿插制成。
由于其优异的力学性能、耐高温性能和抗氧化性能，碳碳复合材料被广泛应用于航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域。
在航空航天领域，碳碳复合材料被广泛应用于航天器热防护系统、发动机喷管、推力矢量控制器等关键部件。
由于碳碳复合材料的高温稳定性和耐烧蚀性能，可以有效保护航天器在高速进入大气层时受到的热载荷，提高航天器的安全性能和使用寿命。
同时，碳碳复合材料还可以用于制造发动机喷管，由于其具有较高的导热性能和机械强度，可以有效提高发动机的推力和燃烧效率。
在航空制动系统中，碳碳复合材料可以用于制造刹车盘和刹车瓦。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车系统的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的密度和良好的抗疲劳性能，可以减轻飞机的重量，提高飞机的载荷能力和燃油效率。
在摩擦材料领域，碳碳复合材料可以用于制造刹车片和离合器片。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车和离合器的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的摩擦噪声和磨损率，可以提高汽车驾驶的舒适性和安全性。
除了航空航天、航空制动系统和摩擦材料，碳碳复合材料还有许多其他应用领域。
例如，在核能领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的结构材料和导热材料，由于其具有较高的热导率和较低的中子俘获截面，可以提高核反应堆的热效率和安全性能。
在光学领域，碳碳复合材料可以用于制造太阳能电池板的支撑结构，由于其具有较低的质量和较高的强度，可以提高太阳能电池板的转换效率和使用寿命。
碳碳复合材料的应用研究已经取得了显著的进展，其在航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域的广泛应用为相关行业带来了许多技术突破和经济效益。
随着科学技术的不断发展和创新，相信碳碳复合材料的应用前景将更加广阔。
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。
碳碳复合材料概述
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,。
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(Composite materials)简介
1
碳碳复合材料 （Composite materials）
简介
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
C/C复合材料
• 碳碳复合材料可以通过渗透一种碳先驱体 到碳纤维预制体中，然后再升温到大约 1000℃碳化，或者1000℃通过CVD方法， 然后经过多次浸渍、碳化或CVD，最后加 热到2000℃以上石墨化。
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
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
• CC复合材料的拉伸强度随着温度的升高而 增大的主要机制：
– 排出气体（吸收的水）的影响 – 基体强度与温度的依赖性 – 纤维基体界面 – 蠕变变形的影响 – 热应力的影响 – 纤维强度的影响
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
基体强度与温度的依赖性
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
因此，材料性能是细观组分材料响应的宏观表现
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
有限元方法
• 模拟实验法
– 含有缺陷 – 细观结构没有周期性
• 特征体元法
– 具有周期的细观几何结构 – 细观结构复杂
材料基础培训-碳碳复合材料（Composite materials）简介
碳碳复合材料,灰分含量
碳碳复合材料，灰分含量碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基矩阵相互渗透形成的复合材料。
它具有高温、高强度、高导热性和低热膨胀系数等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等领域。
然而，碳碳复合材料的制备过程中灰分含量是一个重要的参数，对其性能有着直接的影响。
灰分含量是指在高温下燃烧样品后，残留下来的无机物质的质量与样品质量之比。
碳碳复合材料的灰分主要来自于碳基矩阵中添加的填充剂、增韧剂等材料。
灰分含量的高低会直接影响到碳碳复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能等方面。
首先，碳碳复合材料的灰分含量对其力学性能有着直接的影响。
灰分含量高的材料通常具有较高的硬度和强度，但也会降低其延展性和韧性。
此外，灰分含量还会影响到材料的断裂韧度和疲劳寿命等性能。
因此，在制备碳碳复合材料时，需要根据具体应用需求合理控制其灰分含量。
其次，灰分含量还会影响碳碳复合材料的热稳定性。
灰分含量高的材料通常具有较高的热稳定性，能够在高温下保持结构的完整性和性能稳定。
这是因为灰分中的无机物质具有较高的熔点和热分解温度，能够抵御高温时的热腐蚀和氧化作用。
因此，在高温环境下应用的碳碳复合材料通常要求较高的灰分含量。
此外，灰分含量还会对碳碳复合材料的导热性能产生影响。
灰分中的无机物质具有较高的热导率，能够提高复合材料的整体热传导性能。
然而，过高的灰分含量也会导致导热性能下降。
因此，在制备碳碳复合材料时，需要根据具体应用需求合理控制灰分含量，以达到最佳的导热性能。
总结起来，碳碳复合材料的灰分含量对其力学性能、热稳定性和导热性能等方面有着直接的影响。
合理控制灰分含量，可以使得碳碳复合材料具备良好的力学强度、高温稳定性和优异的导热性能。
因此，在制备碳碳复合材料时，需要充分考虑灰分含量对材料性能的影响，并根据具体应用需求制定合适的控制措施和工艺流程，以保证复合材料的性能达到最佳。
碳碳复合材料研究报告
碳碳复合材料研究报告碳碳复合材料研究报告摘要：碳碳复合材料是一种高性能的材料，具有高强度、高模量、高温耐性、抗氧化、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
本研究主要探讨了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
制备方法：碳碳复合材料的制备方法主要包括预浸料法、化学气相渗透法、热解反应法等。
其中预浸料法是最为常见的方法，其具体操作流程为：将碳化纤维浸渍于热解树脂中，干燥后在高温下处理，形成固态碳化体。
经多次重复处理后，形成高性能的碳碳复合材料。
性能测试：碳碳复合材料的主要性能指标包括强度、模量、断裂伸长率等。
通过拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验等方法进行测试。
实验结果表明，碳碳复合材料具有较高的强度和模量，断裂伸长率较低。
应用情况：碳碳复合材料被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
例如，在航空领域，碳碳复合材料可应用于制造飞机发动机叶轮、蒸汽涡轮、航空煤油轨道车的制动器、飞行器气动制动器等。
在汽车工业领域，碳碳复合材料可用于汽车刹车、转向系统等。
未来发展：随着科技的不断进步，碳碳复合材料的应用将会越来越广泛。
未来，碳碳复合材料的发展方向主要包括提高性能、降低成本、拓展新应用领域等方面。
同时，加强碳碳复合材料与其他材料的组合应用，推动碳碳复合材料的进一步发展与应用。
结论：碳碳复合材料是一种高性能、高强度的材料，具有广泛的应用前景。
本文介绍了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
碳碳(C、C)复合材料介绍(ppt 38页)
•CFC产品在生产设备里面的应用，可以减 轻托盘和承载框的重量，因此可以提高生 产能力，减少操作时间，并且可以节省能 源；另外，由于不需要反复操作，可以延 长产品的使用寿命。
•在玻璃瓶搬运中，可以帮助整列排放。
•C/C材料做成的堆放条即使在玻璃瓶 的温度很高的情况下搬运，也不会产 生热变形。因此，可以大幅降低堆放 条的更换和维修次数。
•我们具有高温炉行业的制作经验，根 据这些经验，我们可以制作长度达到3 米以上的产品。
摩擦材料领域
滑动
停止
摩擦系数
小
大
应 用 实 例
•螺旋桨翼，叶片 •滑板 •轴承
高机械性能领域-电极材
•由于C/C具有良好的耐腐蚀性，所以可以应用在 腐蚀的环境中。而且产品同时可以实现强度高， 厚度更小，质量更轻的特点。
使用C/C材料所带来的节能案例
• 日本的某一家工厂（钎焊汽车散热器机件）原来有2条生产线。为了 提高生产能力，工厂考虑再增加1条生产线。同时将石墨料架材质改 为C/C，发现能提高生产效率。
高机械性能领域
高机械性能C/C材料介绍：
以前，机械领域的部件多用陶瓷，铝，CFRP等材料制 备，随着该行业的快速大型化，高速化的发展，对于材 料的轻量化和耐热性提出了更高的要求。为了满足客户 的需求，因此提出了高性能C/C材料。
高性能C/C材料的特征：
➢重量轻 ➢高弹性 ➢低热膨胀 ➢高刚度和韧性 ➢高耐热冲击性
耐热材料领域-炉内材料-炉体
•根据C/C符合材料具有“质量轻，强度高，没有热变性”的特性，可以制作 出热处理炉的炉体部分。 •产品与原来石墨材质的炉体相比，由于产品本身强度大，可以采用更少的 材料；从而减轻重量。 •并且增加了热效率性能，提高了生产效率。
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C/C复合飞机材料在400℃以上便开始氧化，而且氧化起始温度和氧 化速度还受材料的石墨化度、环境气氛、温度等多种因素影响，所以碳 盘的氧化防护技术也是C/C复合材料的一项关键技术[4]。对于碳盘目前 主要有2种涂层体系：磷酸盐和硼酸盐体系。
03
C/C复合材料产业现状
C/C复合飞机刹车材料再生修复技术
碳碳复合材料
第一组
01 C/C复合材料定义
02 C/C复合材料制备原理
03 C/C复合材料产业现状 04 C/C复合材料产业未来发展
C/C复合材料定义
01
碳碳复合材料，是以碳（或石墨）纤维及其织物为增强材料，以 碳（或石墨）为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材 料。
它源于1958年，美国Chance-Vought公司由于实验室事故，在炭 纤维树脂基复合材料固化时超过温度，树脂炭化形成炭/炭复合材料。 碳/碳复合材料是炭纤维增强炭基本复合材料，具有质量轻、耐烧蚀 性好、抗热冲击好、损伤容限高、高温强度高、可设计性强等突出特 点，现应用于航空、航天、电路级和太阳能级晶硅生产、高温炉等应 用领域。
目前，用于制备C/C复合材料的预制体成型技术主要有3种，即短纤维树 脂模压、碳布叠层和针刺整体毡技术。
采用碳布叠层制备的C/C复合材料主要存在着原材料本钱高和层间剪切 强度低的缺点，而具有孔隙率高、弱界面结合、随机取向短纤维增强复合材 料的力学性能不高，针刺整体毡增强的C/C复合材料由于Z向有连续纤维， 买通了更多的扩散通道，不仅有利于快速致密化，而且也为声子提供了长的 均匀自由程振动通道，使其具有好的导热和力学性能，所以目前国内外主要 采用针刺整体毡技术增强C/C复合飞机刹车材料。
01 C/C复合材料定义
02 C/C复合材料制备原理
03 C/C复合材料产业现状 04 C/C复合材料产业未来发展
C/C复合材料制备原理
02
01 C/C复合材料定义
02 C/C复合材料制备原理
03 C/C复合材料产业现状 04 C/C复合材料产业未来发展
C/C复合材料产业现状
03
C/C复合材料产业现状
对于已经多次使用过的碳盘，进行再使用是可行的，同时由于碳盘 制备周期长、工艺复杂、本钱高，对使用寿命已到的旧碳盘进行再生利 用也是十分必要。
目前主要有2种碳盘再生修复技术：二合一技术和三合一技术。
C/C复合材料产业现状
03
01 C/C复合材料定义
02 C/C复合材料制备原理
03 C/C复合材料产业现状 04 C/C复合材料产业未来发展
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。
近年来国内也对C/C复合飞机刹车材料的基础理论和制备工艺进行 了大量研究，分别采用复合工艺和化学气相渗积工艺研发制备出了碳盘， 并在一些机种上获得应用，但仍存在着制备周期长、性能调控性差以及 静摩擦性能和湿态刹车性能需要进一步改进等题目，这些题目尚需进行 更深进的研究。
03
C/C复合材料产业现状
C/C复合飞机刹车材料的氧化防护技术
C/C复合材料产业未来发展
04
先进碳/碳复合飞机刹车材料关键技术应用发展
尽管国内外在C/C复合飞机刹车材料研究和应用方面取得了明显进展，但 是随着飞机设计能载的迅速进步，对其刹车材料的要求更加苛刻，迫切需要研 发出高性能、低本钱和短周期的新一代C/C复合材料。多年来，世界发达国家 围绕这一目标投进了大量的人力和物力，针对C/C复合材料制备和应用中的预 制体成型、快速致密化、性能调控、氧化防护、再生利用等关键技术一直进行 着大量深进的研究。
C/C复合材料产业现状
03
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 批量生产。
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
03
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
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
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
C/C复合飞机材料致密化技术主要包括液相浸渍法和化学气相渗积法。 前者不仅工艺繁杂，而且由于在碳化和石墨化过程中树脂和沥青会收 缩导致纤维被损伤，从而减弱了纤维/基体的界面性能，使得所制备的复 合材料力学和摩擦学性能下降。 化学气相渗积法由于渗积时碳氢气体在预制体表面浓度大于其在内部 的浓度，造成预制体表面优先沉积，并形成一层涂层硬壳，使得预制体难 以进一步致密，导致其渗积周期很长，在国外预制体在炉内的等温渗积时 间一般超过1000h，考虑到还要进行中间检查、设备维护等，一个制备周 期要3～4个月。