碳碳复合材料及工艺发展现状
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。
2024年炭炭复合材料市场发展现状
2024年炭炭复合材料市场发展现状引言炭炭复合材料是一种由炭素纤维和碳炭基体组成的高强度、高硬度材料，具有广泛的应用前景。
本文将对炭炭复合材料市场的发展现状进行分析和探讨。
炭炭复合材料的特点和应用领域炭炭复合材料具有以下几个显著特点：1.优异的力学性能：炭炭复合材料的强度和刚度优于传统金属材料，可以承受高压力和高温环境下的应力，适用于航空航天、汽车、船舶等领域。
2.良好的导电和导热性：炭炭复合材料具有优异的导电和导热性能，可以用于电子元器件散热以及导电连接等方面。
3.轻质高效：相比于传统金属材料，炭炭复合材料具有较低的密度，能够减轻结构的重量，提高整体效能。
基于以上特点，炭炭复合材料在航空航天、汽车、电子等领域有广泛的应用：•在航空航天领域，炭炭复合材料可以用于制造飞机结构零部件和发动机部件，提高飞机的性能和燃油效率。
•在汽车领域，炭炭复合材料可以用于车身结构、制动系统以及传动系统，提高汽车的安全性和燃油效率。
•在电子领域，炭炭复合材料可以用于制造散热器、电池电极以及电子封装材料等，提供卓越的导电和导热性能。
炭炭复合材料市场现状及趋势市场现状目前，全球炭炭复合材料市场保持着稳定的增长态势。
以下是炭炭复合材料市场的一些主要特点：1.市场规模不断扩大：随着炭炭复合材料在各个行业中的应用不断扩大，炭炭复合材料市场规模逐年增加。
2.需求稳定增长：随着技术的进步和应用领域的不断拓展，炭炭复合材料的需求量不断增加，且呈现稳定的增长趋势。
3.市场竞争激烈：炭炭复合材料市场存在着较多的竞争对手，国际大公司和国内企业均在市场竞争中扮演重要角色。
市场趋势炭炭复合材料市场未来的发展趋势主要有以下几个方面：1.技术进步与创新：炭炭复合材料的应用领域不断扩展，需要不断更新和改进材料的性能。
因此，技术进步和创新将成为市场发展的关键动力。
2.环保与可持续发展：随着全球对环境保护的重视和可持续发展的需求增加，炭炭复合材料市场将更加注重材料的环保性能和可回收利用。
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。
碳碳复合材料的制备及研究进展
炭/ 炭复合材料的制备及研究进展摘要：综合国内外各种文献资料，总结了炭炭复合材料的用途、制备工艺，简要介绍了几种主要的致密化方法，并对炭炭复合材料的抗氧化研究、石墨化研究做了初步的介绍，最后提出了炭炭复合材料今后发展的方向.关键词：炭炭复合材料，致密化，化学气相沉积，抗氧化，石墨化.1 引言炭/ 炭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[1-2]。
炭/ 炭复合材料具有低密度、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[1-3], 使炭/ 炭复合材料在众多领域有着广泛用途。
在发达国家，炭/ 炭复合材料已被成功用于航天飞机的机翼前缘、鼻锥、货舱门，高推动比战机发动机的涡轮，高性能火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室等，新一代先进飞机、坦克、赛车、高速列车等的刹车材料，以及火箭、飞机的密封圈等构件[4]，同时，炭/ 炭复合材料作为生物医学材料，人造心脏瓣膜、人工骨、牙种植体及作为植入材料用于矫形是近年来的研究重点[5-7]; 作为智能材料，由于其受拉力后电阻增加，是很好的拉伸传感器，具有广阔的发展前景[8]。
炭/炭复合材料由碳纤维增强碳基体复合而成。
碳基体以热解炭的形式存在，由碳源先驱体经热解碳化而成。
炭/炭复合材料的制备工艺包括: 碳纤维及其结构的选择; 基体碳先驱物的选择; 炭/炭复合材料坯体的成型工艺; 坯体的致密化工艺以及工序间和最终产品的加工等[9]。
其中，关键技术在于坯体的致密化。
2 炭/炭复合材料的致密化工艺传统的炭/炭复合材料致密化工艺主要有化学气相沉积（CVD、化学气相渗透（CVI）和浸渍法。
碳碳复合材料概述
碳/碳复合材料概述摘要本文介绍了碳碳复合材料的发展、工艺、特性以及应用。
关键词碳碳复合材料制备工艺性能应用１前言C/C复合材料是指以碳纤维或各种碳织物增强，或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积（CVD）所形成的复合材料。
碳/碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%, 故该材料具有密度低,耐高温, 抗腐蚀, 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2500℃, 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, 既可作为结构材料承载重荷, 又可作为功能材料发挥作用, 适于各种高温用途使用[1]。
因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。
２碳碳复合材料的发展碳碳复合材料是高技术新材料，自1958年碳碳复合材料问世以来，经历了四个阶段：60年代——碳碳工艺基础研究阶段，以化学气相沉积工艺和液相浸渍工艺的出现为代表；70年代——烧蚀碳碳应用开发阶段，以碳碳飞机刹车片和碳碳导弹端头帽的应用为代表；80年代——碳碳热结构应用开发阶段，以航天飞机抗氧化碳碳鼻锥帽和机翼前缘的应用为代表；90年代——碳碳新工艺开发和民用应用阶段，致力于降低成本，在高性能燃气涡轮发动机航天器和高温炉发热体等领域的应用。
由于碳碳具有高比强度、高比刚度、高温下保持高强度，良好的烧蚀性能、摩擦性能和良好抗热震性能以及复合材料的可设计性，得到了越来越广泛的应用。
当今,碳碳复合材料在四大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,优先于金属基复合材料和陶瓷基复合材料,已走向工程应用阶段。
从技术发展看，碳碳复合材料已经从最初阶段的两向碳碳复合材料发展为三向、四向等多维碳碳复合材料；从单纯抗烧蚀碳碳复合材料发展为抗烧蚀—抗侵蚀和抗烧蚀—抗侵蚀—稳定外形碳碳复合材料；从但功能材料发展为多功能材料。
目前碳碳复合材料面对的最主要问题是抗氧化问题[2]。
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。
cc复合材料
（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。
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% 。
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航天材料及工艺研究所
总加热量大 驻点温度高
热核反应 实验堆材料
航天材料及工艺研究所
生物、体育及 其他材料
碳/碳复合材料在航天器上的应用
导弹武器
弹头
防热部件
端头帽
喉衬
发动机
喉衬
扩散段
烧蚀热防护碳/碳复合材料在战略武器上的应用
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料在航天器上的应用
气动加热
端头帽再入过程 中经受极为严酷 的气动热/力环境
边界层 超高温烧蚀 高速粒子云侵蚀
第四阶段 侏儒、MX、
三叉戟II
八十年代至今
MK-21，MK-5 ➢ 正交三向碳/碳
细编穿刺碳/碳 芯部含钨3D碳/碳
碳/碳复合材料在航天器上的应用
国外碳/碳喉衬的发展历程
代次
第一代 第二代
第三代
第四代
国别
美国 法国
美国
法国 美国
法国 美国 法国 俄罗斯
公司
Thiokol SEP FMI AVCO GE SEP
温度梯度CVD工艺
压力梯度CVD工艺 航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料工艺及发展历程
立体织物不断涌现 高压浸渍/碳化成功开发 抗氧化碳/碳拓展应用
摩擦材料首次获知 应用研究快速发展阶段
精细化、 多功能化 低成本化、 可设计化 强化基础研究
扩大应用领域 可设计、广泛应用阶段
正交碳/碳复合材料
8
钝卵形 尖锥
芯部含钨正交碳/碳复合材料
MX导弹 MK-12分导式多弹头
10
尖锥
细编穿刺碳/碳复合材料
侏儒导弹
MK-21A机动弹头
1
尖锥
细编穿刺碳/碳复合材料
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料在航天器上的应用
第三阶段
民兵III，海神
第二阶段
三叉戟I
大力神I、II
第一阶段 宇宙神、雷神
31 概 述
提
2 碳/碳复合材料工艺及发展历程
纲
3 碳/碳复合材料在航天器上的应用
4 结束语
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料工艺及发展历程
碳/碳复合材料的制备工艺
增强体成型
致密化
高温石墨化
外形加工
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料工艺及发展历程
碳
碳
液相工艺
复
合
材
料
的
制
备
工
艺
航天材料及工艺研究所
Morton Thiokol
SEP
AVCO AEP
织物类型
2D织物 2D织物 3D织物 3D织物 3D织物 4D织物
4D织物
3D Novoltex 织物
3D织物 3D/4D织物 3D/4D织物
致密化工艺
酚醛树脂浸渍固化-炭化/石墨化 糠醛树脂浸渍固化-炭化/石墨化 15V沥青HIPIC/石墨化(650℃,103.5MPa) 15V沥青HIPIC/石墨化(650℃,35MPa) 15V沥青HIPIC/石墨化(650℃,103.5MPa) 沥青HIPIC/石墨化(650℃,70MPa) GE公司沥青HIPIC/石墨化(650℃, 103.5MPa)
MX导弹SRM 3DC/C喉衬
国外固体发动机碳/碳喉衬 质量从几百克到1820kg。 特大型SRM的3D径棒法软 硬混编碳/碳复合材料喉衬 的外径达2438.4mm，是当 今最大的空心厚壁结构碳/
碳喉衬
碳/碳复合材料在航天器上的应用
国外高性能固体火箭发动机 喷管用碳/碳材料
碳/碳整体扩散段 航天材料及工艺研究所
CVI致密/石墨化
快速CVD致密/石墨化 基体炭中添加TaC，HfC改性 喉衬内型面TaC，HfC涂层，渗Cu
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料在航天器上的应用
国别
美国
法国
俄罗斯
国
公司
AVCO GE
SEP
外 碳
类型
3D C/C 4D MX一级 C/C
2DC/C
4D C/C
3D Novoltex
C/C
烧蚀外形变化 影响命中精度
航天材料及工艺研究所
C/C 新型C/C
碳/碳复合材料在航天器上的应用
美国战略导弹弹头端头帽及材料的发展历程
发展历程
代表型号
弹头
考虑因素
端头帽材料
第一阶段 五十年代前半期
宇宙神 雷神
MK-1，MK-2
再入生存 金属热沉材料
第二阶段
大力神I、II MK-4，MK-5， 端头帽总后退 玻璃钢、高硅
4D C/C
碳
密度 g/cm3 1.87~1.92 1.92 1.35~1.60 1.85~1.95 1.75~1.80 1.90~1.95
喉
拉伸强度MPa 50.7~76.8 2205 ⊥103~155
衬 拉伸模量 GPa
－
79.9 12.5~16
－
－
35~45
1960′中～1970 ′中
1980′中～至今
第一阶段
第二阶段
第三阶段
第四阶段
1950′后～1960 ′中
1970′中～1980 ′中
起步和探索研究阶段 碳纤维制造
成功应用时期 研制技术水平提升
本体性能提高
工业化程度不断提高
基本制备工艺开发
无损检测技术成功使用
研究检测手段初步建立
高温机 械性能
高温物 理性能
化学稳 定性能
碳素 材料
航天材料及工艺研究所
纤维 增强复 合材料
高性能 多功能
可设计
概述
❖ 高温性能优异，唯一能够在3000℃ 以上保持较高机械性能的材料
❖ 高比强度、高比模量 ❖ 抗烧蚀、抗侵蚀、抗化学腐蚀 ❖ 耐摩擦、抗磨损
理想的防热、 热结构材料
航天材料及工艺研究所
五十年代末期 民兵I、II MK-6，MK-11
量
氧/酚醛
第三阶段 六十年代到七十
年代末期
第四阶段 八十年代至今
民兵III 海神
三叉戟I
MK-12，MK12A， MK-300，
MK-400
侏儒 MX 三叉戟II
MK-21，MK-5
高强度 耐热破坏
全天候 小型化 外形稳定
碳/酚醛、热解 石墨、正交三 向碳/碳，细编
气相工艺
碳/碳复合材料工艺及发展历程
工艺原理
– 以树脂或沥青为基体前驱体，将其浸渍到织物中， 然后将浸渍有树脂或沥青的织物在惰性气氛下热处 理，使树脂或沥青转化为基体碳
工艺特点
– 工艺简单，原料便宜 – 致密化效率较低，需要经过多循环浸渍－碳化 – 当在制品达到一定密度后（1.7g/cm3），
–碳纤维毡 –针刺结构织物 ……
碳/碳复合材料的增强结构
航天材料及工艺研究所
概述 典型织物结构
细编穿刺结构 航天材料及工艺研究所
正交三向结构
四维结构 针刺结构
概述
纤 维 横 截 面
基体碳与纤维在制备工艺中的石墨化过程
航天材料及工艺研究所
概述
基体碳、纤维石墨化 后的微结构形貌
航天材料及工艺研究所
穿刺碳/碳
正交三向碳/碳、 细编穿刺碳/碳、 芯部含钨正交
三向碳/碳
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料在航天器上的应用
国外战略导弹弹头的防热材料
导弹型号
民兵Ⅲ 三叉戟I
三叉戟II
弹头类别
MK-12A多弹头 MK-4机动弹头
MK-5机动弹头
数量
3
外形
尖锥
端头帽材料
细编穿刺碳/碳复合材料
8
钝卵形 尖锥
材
断裂应变 % 0.06~0.07 0.35
－
－
－
0.19~0.37
料 的
压缩强度 ∥ MPa ⊥
89.3~107
－
30~90 60~130
70~120 200
－ 150
78~89 115~123.5
性
剪切强度 MPa
8.12
13.1
7~12
20~40
30
－
能
导热系数 ∥ W/m.k ⊥
82.76
－
碳/碳复合材料材料具有优异的高温比强度、比模量，直到 2500℃仍保持较高的力学性能，有利于保证整个飞行器的设计 刚度和完整性。而CMC材料在1600℃时强度、模量快速下降
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料在航天器上的应用
（2）抗氧化性
C/C控制舵
针对碳纤维增强的碳基（C/C）、陶瓷基（CMC）复合 材料，同样需要抗氧化保护，采用抗氧化涂层技术、基 体改性技术，有效控制组分及配比，选择合适的工艺可 以解决材料长时间高温/超高温抗氧化
民兵I、II
七十年代末期
MK-12,MK-
五十年代末期 12A
MK-4, MK-5, MK-300, MK 五十年代前半期 MK-6, MK-11 400
MK-1，MK- ➢ 玻璃钢
➢ 碳/酚醛
2
高硅氧/酚醛
热解石墨
➢ 金属热沉材料
正交三向碳/碳 细编穿刺碳/碳
航天材料及工艺研究所
不适用于实心预制体 – 需要几百甚至上千小时，中间往往需要多次去除材料表层
以打开沉积通道，且易形成密度梯度 – 沉积密度很难超过1.7g/cm3
航天材料及工艺研究所
碳/碳复合材料工艺及发展历程
等温CVD工艺 航天材料及工艺研究所
液气相CVD 工艺 强制流动FCVD工艺
碳/碳复合材料工艺及发展历程