碳碳复合材料的研究进展
碳／碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展
备 方法及研 究现状 ， 总结 了碳 ／ 碳复合材料现有磷酸盐涂层体 系的不足之处 ， 望 了磷酸 盐涂层发展 的前景 ， 出未 展 指 来碳／ 复合材料磷 酸盐抗 氧化涂层 工作 的重 点应该是探 索新的低成本工 艺技术制备致 密、 碳 结合 力好 、 能在全温度段
保 护碳 ／ 复 合 材 料 的磷 酸 盐 涂 层 体 系 ， 详 细研 究 了该 涂 层 的 抗 氧 化 、 碳 并 失效 机 理 。
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４ ４・
材料 导报 ： 综述篇
２１ ０ ０年 １ ０月（ ） ２ 上 第 ４卷第 １ Ｏ期
碳／ 复合材 料磷 酸盐 抗 氧化 涂层 的研 究进 展 碳
黄剑锋 ， 杨文冬 ， 曹丽云剂化学与技术重点实验室 ， 西安 ７ ０ ２ ） １０ １ 摘要 综述 了国内外碳／ 复合材料磷 酸盐抗氧化涂层 的研 究进展 ， 碳 介绍 了磷酸盐涂层体 系的抗 氧化原理 、 制
关 键 词 碳／ 碳复合材料 磷酸盐 涂层 氧化
中 图分 类 号 ： ３ ＴＢ ３ ２
文献标识码 ： Ａ
Ａｄｖ ｎ ｅ ｅ ｔｏ ｈ ｏ ｐｈ ｔ ａ ｃ ｍ ｎ ｆｔ ｅ Ｐｈ ｓ ａ ｅ Ａｎｔ— ｘ ｄ ｔｏ ａ ｉ ｓｆ ｒ ｉｏ ｉ ａ ｉｎ Ｃｏ ｔｎｇ ｏ
ｂ ｎ ｉ ｇ ｔ ｔ ｉ ｓｎ ｏ ｃ ｓ ｎ ｉ ｌ ｒ ｃ ｓ ． Ｔｈ ｎ ｉ ｘｄ ｔ ｎ ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ａ ｄ ｆ ｉ ｒ ｃ ａ ｉｍｓ ｏ ｈ ｏ ｄ ｎ ｏ ｍａ ｒｘ ｕ ｉ ｇ ａ ｌｗ ｏ ｔａ ｄ ｓｍｐ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｅａ ｔ ｏ ｉａｉ ｃ ａ ｉ — ｏ ｍ ｎ ａｌ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｕ ｐ ｏ ｐ ａ ｅ ｃ ａ ｉ ｇ ａ ｅ ａｓ ｈ ｓ ｅ ｉｅ ａ ｅ ｒ ｂ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｅ ． ｈ ｓ ｈ ｔ ｏ ｔｎ ｒ ｌｏ ｔ ｅ ｍｏ ｔｄ ｓｄ ｒ ｔ ｄ ｐ ｏ ｌｍ ｏ ｂ ｅ ｏ ｖ ｄ
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_碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展
碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展摘要：阐述了国内外近几年来碳/碳复合材料抗氧化涂层的研究新进展，并并从碳/碳复合材料的抗氧化涂层的基本条件以及抗氧化涂层类型等方面重点介绍了抗氧化涂层技术。
最后指出了目前关于抗氧化涂层技术研究中存在的问题。
关键词:C/C复合材料；抗氧化涂层；研究进展Adva nces in Research on High Temperature An ti-oxidatio n Coati ngs ofC/C CompositesABSTRACT: Research progress of high temperature anti-oxidati on coat ings of C/C composites at home and abroad has bee n reported. The types of an ti-oxidati on coati ngs of C/C composites are emphasized. The problems existi ng in the oxidati on resista nee coat ing research are poin ted out .KEY WORDS: C/C composite; an ti-oxidation coat ing ; research progress.1引言碳/碳复合材料是炭纤维增强炭基体的新型复合材料，具有低密度(理论密度为2. 2 g/ cm33，实际密度通常为1.75〜2. 10 g/ cm3 )、低热膨胀系数(仅为金属的1/ 5〜1/ 10)、高强度、高模量、耐高温、抗热震、抗热应力、抗裂纹传播、耐烧蚀、摩擦系数小等特点，尤其是它在1 000〜2 300 C时强度随温度升高而升高，是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料[1,2]。
然而，碳在370 C的有氧气氛中开始氧化，高于500 C时迅速氧化，导致碳/碳复合材料毁灭性破坏。
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。
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。
碳纤维复合材料的生产工艺与性能研究
碳纤维复合材料的生产工艺与性能研究碳纤维复合材料是一种高强度、高刚度的材料，具有重量轻、耐腐蚀、耐高温等优良性质，在航空、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。
本文将从生产工艺和性能两个方面探讨碳纤维复合材料的研究进展。
一、生产工艺1. 原材料准备碳纤维复合材料的制备需要采用碳纤维和树脂等原材料，其中碳纤维是该材料的主要成分。
碳纤维是由聚丙烯腈等高聚物制成的，加热后经炭化和热处理，最终形成直径为10微米以下的碳纤维。
树脂材料可以采用环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯树脂等。
2. 成型工艺碳纤维复合材料的成型工艺主要有两种：手工层压和自动化生产。
手工层压是一种传统工艺，通过手工将碳纤维和树脂按照一定的方向、角度和层数叠压在一起，形成复合材料。
自动化生产采用机器人等自动化设备进行，可以提高生产效率和质量稳定性。
3. 热固化和热成型碳纤维复合材料的成型后需要经过热固化和热成型两个过程。
热固化是指在一定温度下使固化剂与树脂反应，形成三维空间网络结构，增加材料的硬度和刚性。
热成型是指在真空包装下对成型的材料进行加热成型，使其达到所需的形状和尺寸。
二、性能研究1. 强度和刚度碳纤维复合材料的最大优点在于其优异的强度和刚度。
与传统材料相比，碳纤维复合材料的强度和刚度可以达到同等重量下的几倍，因此在航空、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。
强度和刚度的提升可以通过改变材料的方向、角度和层数等方式来实现。
2. 耐腐蚀性碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期使用。
树脂基材料具有耐腐蚀能力，而碳纤维可以有效地分散应力和防止开裂，使得整个材料具有优异的耐腐蚀性。
3. 耐高温性碳纤维复合材料还具有优异的耐高温性能，可以在高温环境下长时间使用而不失效。
这是由于碳纤维的熔点较高，达到了约3000℃，使得材料在高温环境下不易熔化和变形。
4. 烟雾毒性碳纤维复合材料的烟雾毒性是其应用较为薄弱的一点。
在热分解时，碳纤维会释放出二氧化碳、氧气等有害物质，导致燃烧产生的烟雾有毒性。
碳纤维复合材料的制备和性能研究
碳纤维复合材料的制备和性能研究复合材料作为一种新型材料，由于其具有结构轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，在航空、航天、汽车、船舶等众多领域得到广泛应用。
碳纤维复合材料是其中一种材料，由于其高强度、低密度、高刚度和优良的热稳定性等特点，已经广泛应用于各种高端产品，如飞机、汽车、大型模具、船舶制造等领域。
本文主要介绍碳纤维复合材料的制备和性能研究方面的进展和成果，对于进一步研究这种材料的应用前景和发展具有参考价值。
一、碳纤维复合材料的制备碳纤维复合材料的制备是一个复杂的过程，需要对材料的性质进行深入的了解，并结合实际生产情况进行设计和试验。
一般来说，碳纤维复合材料的制备分为以下几个步骤：1、预制备碳纤维碳纤维是制备碳纤维复合材料的关键组成部分，其质量对复合材料的性能起到至关重要的作用。
碳纤维的质量受到多种因素的影响，如选择的原料、生产工艺、热处理方式等。
通常采用纤维束成型、碳化及氧化等工艺制备碳纤维，确保碳纤维的品质。
2、浸渍树脂将预制的碳纤维放入树脂中，使其充分浸泡。
树脂中的成分可以根据需要调整，以达到预期的力学性能。
3、热固化热固化是碳纤维复合材料制备的关键步骤之一。
材料通过温度和时间的控制，让树脂变成固体，并在碳纤维表面形成一层牢固的化学键连接。
通过这一步工艺，可以提高碳纤维复合材料的强度和刚度。
4、精加工精加工是制备碳纤维复合材料的最后步骤。
通过对材料进行切割、抛光、打磨、胶接等方式，可以获得一定形状、尺寸和光泽度的制品。
精加工过程中需要注意不要损伤材料的表面和内部结构，保证材料性能的完好。
以上是碳纤维复合材料制备的主要步骤，整个制备过程需要物理学、化学、材料学等多学科的知识和技术的支持，且需要结合多种因素综合评估生产效果。
二、碳纤维复合材料的性能研究碳纤维复合材料具有优良的力学性能、热性能和热膨胀性等特点，但其性能亦受制备过程中的各种因素影响。
为了更好地应用这种材料，需要对其性能进行全面研究和分析。
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碳碳复合材料的研究进展摘要本文重点阐述了国内近几年来碳/碳复合材料的研究新进展，总结了影响碳碳复合材料导热性能、力学性能、摩擦学性能的因素，并结合碳碳复合材料的诸多优点和当前的发展现状对碳碳复合材料的应用进行展望。
指出虽然目前的研究结果尚达不到严酷环境下的应用要求，但是碳碳复合材料正在由航天领域进入普通航空和其他一般工业领域中，广泛取代了其他材料。
关键词碳碳复合材料；性能；展望；应用1 前言[19]碳/碳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。
碳/碳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、导热性能好、比热容大、热膨胀低摩擦性好, 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。
碳/碳复合材料种类多、性能各异, 为此人们针对特定的用途来设计合适的碳/碳复合材料。
2 影响碳碳复合材料性能的因素2.1影响碳碳复合材料导热性能的因素碳/碳复合材料属无机非金属材料,从宏观上考虑是一种多相非均质混合物,基本结构为乱层石墨结构或介于乱层石墨结构与晶体石墨结构之间的过渡形态[1]。
但碳/碳复合材料的微观结构单元仍是石墨片层结构,石墨片层上存在可以运动的由共轭电子组成的高活性的离域大π键,而石墨片层之间又是弱于非金属共价键的范德华作用力,物质的结构决定其性质,这些结构特点决定了碳/碳复合材料特殊的热物理性能。
所以对于碳/碳复合材料来说,导热机理应该是介于金属材料和非金属材料之间,既有声子导热,又有电子导热。
1)温度对碳碳复合材料导热系数的影响[16]对于碳/碳复合材料来说,随着温度的升高,声子、电子运动的加剧使导热系数增大,但在另一方面由于散射作用,又使导热系数降低,因此,在本文的实验范围内随着温度的升高导热系数增大的趋势减弱。
2) 石墨化度对碳碳复合材料导热系数的影响晶体的不完整性、缺陷、晶粒间界、杂质等不仅引起声子的散射,而且也会引起晶格振动的非谐性,从而使声子间作用引起的散射加剧,进一步减小声子的平均自由程,导致晶体的导热系数的降低。
随着石墨化程度的升高,石墨微晶尺寸增大、结构渐趋完整,晶体的缺陷减少,晶体的不完整性降低,这些变化都将导致声子的平均自由程逐渐增大,自由电子数增多,声子运动的平均速度增大,声子导热与电子导热都增强,从而导致导热系数逐渐升高[2] 。
3)密度和碳纤维取向对碳/碳复合材料的导热系数的影响[17]碳/碳复合材料导热性能不但与其化学组成、分子结构、晶体类型相关,而且与晶粒之间的联通状态有关。
材料的密度是其内部晶粒联通状态优劣的有效表征。
材料的密度高,则晶粒间保持较好的联通状态,晶格缺陷少,声子的平均自由程大,电子在热传导运动中道路畅通,所以导热系数高。
在另一方面,若材料的密度低,则晶粒之间存在间隙,结构缺陷多,热传导的通道被隔断,所以导热系数低。
文献[3]中报道了碳/碳复合材料的导热系数与密度有线性关系。
2.2影响碳碳复合材料力学性能的因素[4]1)碳纤维种类对力学性能的影响碳纤维作为碳/碳复合材料的增强相，碳纤维的种类对材料的力学性能有重要的影响。
碳纤维分为人造丝基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。
不同种类的碳纤维本身的力学性能差异很大，5 μm PAN-CF的轴向拉伸强度最大，中间相沥青基碳纤维的轴向拉伸模量范围最广也最大，而人造丝基碳纤维的轴向拉伸强度和拉伸模量均很小，导致所制备的碳/碳复合材料的力学性能各异。
[17]2)基体碳对力学性能的影响基体炭主要有三种：树脂炭、热解炭和沥青炭。
通常，树脂炭为各向同性，但也可以高度取向，取向程度依赖树脂类型和工艺条件。
大多数树脂在低温下易于交联，并且在高温下很难石墨化。
碳纤维与树脂炭形成的复合材料，微观结构和界面结合状态随着炭化工艺的变化都发生很大的变化，树脂在不同温度下反应机制不同，对力学性能的影响变化较大[5]，而有关树脂炭在复合材料中对宏观力学性能影响的研究还很不充分。
热解炭具有三种结构分别为粗糙层结构（RL）、光滑层结构（SL）、各向同性结构（ISO）。
热解炭的基体结构强烈影响碳/碳复合材料的力学性能。
采用热解炭制备碳/碳复合材料时，随温度的升高及C/H比的降低，基体炭的结构出现了：SL-RL-ISO的构型变化[6]，所以很难得到单一结构的热解炭基的碳/碳复合材料，而几种不同结构的热解炭配合将获得具有不同力学性能的碳/碳复合材料，如RL+ISO具有高强度、高刚度，而SL+RL则具有很好的断裂韧性。
沥青炭中含有杂质及喹啉不溶物较多，因此其残炭率较低，但是易石墨化，易于与PAN基碳纤维结合，而且在偏光下具有光学各向异性。
将沥青炭转化为中间相沥青后，沥青残炭率增加且中间相沥青具有高的石墨取向微晶结构。
中间相沥青制备的碳/碳复合材料材料具有较高的力学性能，抗弯强度达到257MPa[7]，碳/碳复合材料在断裂过程中，体现出台阶式的断裂形式，但是断裂台阶较低，纤维拔出也较短。
2.3影响碳碳复合材料摩擦学性能的因素1)碳/碳复合材料制备工艺及其结构对摩擦磨损性能的影响a.基体类型的影响基体的类型是影响摩擦磨损性能的一个重要因素。
在二维的不同密度的碳/碳复合材料中,中等密度的碳/碳复合材料具有良好的摩擦性能, 其摩擦系数较低, 磨损量也比低密度和高密度的碳/碳复合材料低一个数量级。
在摩擦磨损的过程中, 各种碳/碳复合材料的摩擦系数的变化情况也不尽相同。
b.纤维取向的影响碳纤维取向对碳/碳复合材料摩擦磨损性能有强烈的影响。
在低转速下, 当纤维平行于摩擦面时, 磨损率比纤维垂直于摩擦面方向要低得多, 而摩擦系数比纤维垂直于摩擦面方向要高得多; 在高转速下, 摩擦系数和磨损率都没有大的差别。
Z向纤维的含量增加, 能提高碳/碳复合材料的热导率, 降低摩擦面的温度, 也会影响碳/碳复合材料的摩擦磨损性能。
c.热处理温度的影响热处理温度不同, 碳/碳复合材料摩擦磨损性能也不同。
对于不同的增强体, 热处理温度的影响也不尽相同。
针刺毡增强的碳/碳复合材料样件[8]随着热处理温度升高, 摩擦系数增大, 温度在2300℃时摩擦系数出现峰值, 继续升高热处理温度, 摩擦系数却下降; 而对于短切纤维增强碳/碳复合材料[9] , 在2200,2500℃热处理温度下, 摩擦系数不稳定, 而在2700℃热处理温度下, 摩擦系数曲线平稳, 摩擦系数增加。
对于碳布叠层碳/碳复合材料, 随着热处理温度的升高,干态平均动摩擦系数由大变小, 湿态平均动摩擦系数及干态静摩擦系数由小变大[10]。
若将碳布叠层碳/碳复合材料用作刹车材料, 其合适的热处理温度为2000℃[11] , 在此温度处理的碳/碳复合材料具有足够高的摩擦系数和低磨损率。
d.热解碳结构的影响对于CV D热解碳, 可根据其偏光下的形貌特征,分为粗糙层、光滑层、过渡结构和各向同性结构。
它们具有不同的密度、导热系数、石墨化度、消光角、金相结构, 对碳/碳复合材料性能有不同的影响。
基体为粗糙层结构的碳/碳复合材料, 具有较高的石墨化程度和摩擦系数。
基体为光滑层结构的碳/碳复合材料, 石墨化度低, 摩擦系数低, 磨损量小。
e.表面状况的影响碳/碳复合材料的表面状况不一样, 它的摩擦磨损性能也不相同。
在相同摩擦试验条件下, 表面抛光的试样比表面已经磨损的试样的摩擦系数高, 磨损量也大。
而且较难预测表面已磨损的试样的摩擦行为。
f.结构完整性的影响碳/碳复合材料中存在两种晶格缺陷: 边缘缺陷和空洞缺陷。
晶格缺陷越少, 结构越完整。
结构完整性不同, 碳/碳复合材料摩擦磨损性能的稳定性不同[12]。
碳/碳复合材料的结构越完整, 摩擦性能越稳定; 结构不完整, 其刹车副摩擦特性曲线呈马鞍形, 摩擦性能不稳定。
这主要是由于结构不完整的碳/碳复合材料, 其内部及表面活化点多,表面易于产生物理吸附物和化学吸附物及含氧络合物, 在摩擦过程中产生高温使这些吸附物分解导致摩擦性能不稳定。
2)摩擦参数对碳/碳复合材料摩擦磨损性能的影响[15]a.能载的影响在不同的能载下, 碳/碳复合材料表现出不同的摩擦磨损行为。
碳/碳复合材料在载荷为1. 0MPa时, 在初始阶段, 都呈现低的摩擦系数( 0. 1～0. 2) ,后摩擦系数发生改变, 突升至0. 4～0. 5, 然后再降至稳定的数值。
在载荷为2. 4MPa时, 摩擦系数的改变都发生在初始阶段。
b.转速的影响转速是影响碳/碳复合材料摩擦磨损性能的重要因素。
在低转速( 800和1100r /min)下, 摩擦系数和磨损率较小且基本保持稳定, 摩擦系数为0. 1～0. 2; 在高转速( 1400 r /min或更高)下, 摩擦系数在摩擦过程中会发生突变, 摩擦系数上升到0. 6～0. 7,后摩擦系数又降低到0. 4～0. 5。
在高转速下, 磨损率也较低转速时大。
这主要是由于转速不同, 碳/碳复合材料表面的温度也不同。
在低转速时, 摩擦面的温度在100℃左右; 在高转速时, 摩擦系数发生变化, 摩擦面的温度也突升。
在转速为2300 r /min时, 滑移66m后, 温度高达900℃。
3)环境对碳/碳复合材料摩擦磨损性能的影响a.温度的影响温度对碳/碳复合材料在空气中的摩擦磨损行为有着重要的影响。
可将碳/碳复合材料摩擦磨损划分成3个与温度相关的区域: 正常磨损区、水解吸的粉尘磨损区、氧解吸的粉尘磨损区。
正常磨损区: 温度低于150～200℃, 摩擦系数较低(μ≈0. 2) ; 水解吸的粉尘磨损区: 温度在200～650℃之间, 摩擦系数较高(μ≈0. 4) ; 氧解吸的粉尘磨损区: 温度高于650℃,摩擦系数较高(μ≈0. 4)。
b.湿度的影响相对湿度对三种复合材料的摩擦行为有着很大影响。
在低湿度下, 能够促使类型Ⅰ磨屑向类型Ⅱ磨屑转变, 摩擦系数升高。
而在高湿度和高转速下, 能够加快磨屑Ⅲ的生成, 摩擦系数和磨损率又降低。
总的说来, 高湿度能降低摩擦系数和磨损率。
在试验中发现, 不同的碳/碳复合材料对湿度的敏感程度不一样, 2D PAN/CVI对湿度最敏感,而2D pitch /resin /CVI对湿度最不敏感。
3 结论碳/碳复合材料的导热机理介于金属材料和非金属材料之间,既有声子导热,又有电子导热。
在实验温度范围内,碳/碳复合材料导热系数随温度升高而增大,但增大的趋势逐渐减弱。
随着石墨化程度的升高,碳/碳复合材料微观结构渐趋完整,有序度增加,声子导热与电子导热都增强,从而导致导热系数逐渐升高。