碳基复合材料研究现状及发展趋势全解

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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

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。

2023年碳基复合材料行业市场研究报告

2023年碳基复合材料行业市场研究报告

2023年碳基复合材料行业市场研究报告碳基复合材料是一种高性能材料,在航空航天、汽车、体育器材等领域有着广泛的应用。

据市场研究报告显示,碳基复合材料行业市场正在快速增长,预计在未来几年内将继续保持良好的增长势头。

首先,碳基复合材料行业市场的增长受到了航空航天工业的推动。

航空航天是碳基复合材料最主要的应用领域之一,碳基复合材料具有轻量化、高强度、高刚度等特点,可以减轻飞机的重量,提高飞行效率。

随着全球航空市场的不断扩大和飞机制造技术的不断进步,碳基复合材料的需求将会大幅增加。

其次,汽车行业也是碳基复合材料市场的重要推动因素。

随着环保意识的提高和汽车能源消耗的减少,汽车制造商越来越注重轻量化技术的应用。

碳基复合材料具有较高的强度和刚度,可以替代传统材料,减少车身重量,提高汽车的燃油效率。

除此之外,碳基复合材料还可以提供更好的安全性能和舒适性。

因此,碳基复合材料在汽车行业的需求也将逐渐增加。

此外,体育器材也是碳基复合材料的重要应用领域。

碳基复合材料具有较高的强度和刚度,可以制造出更轻、更坚固的体育器材。

例如,碳纤维复合材料制成的高尔夫球杆可以提供更好的击球感受和球速;碳纤维复合材料制成的自行车车架可以提供更好的抗风性能和乘坐舒适性。

随着人们对体育健身的关注和对高品质体育器材的需求增加,碳基复合材料在体育器材行业的市场也将不断扩大。

综上所述,碳基复合材料行业市场正呈现出快速增长的趋势。

航空航天工业、汽车行业和体育器材等领域的需求将推动碳基复合材料行业市场的进一步发展。

企业可以抓住这一市场机遇,加大对碳基复合材料的研发和生产,提高产品质量和技术水平,以满足市场需求。

碳纤维及其复合材料研究发展趋势

碳纤维及其复合材料研究发展趋势

碳纤维及其复合材料研究发展趋势随着工业化程度的提高,人们对材料的要求也越来越高,碳纤维及其复合材料以其优异的性能在工业、航空航天等领域得到广泛的应用。

本文将探讨碳纤维及其复合材料的研究发展趋势,包括制备技术、应用领域、未来发展方向等方面。

一、制备技术碳纤维的制备技术主要有热解法、湿法、气相法等。

其中,热解法是最常用的碳纤维制备方法。

热解法通过控制高分子材料的加热和裂解过程,从而得到纤维状的碳材料。

湿法制备技术则是通过将多种化合物在溶液中先生成纤维状物质,再炭化为碳纤维。

气相法则是通过将碳源气体加热并在催化剂的作用下沉积在基材表面,从而形成纤维状碳材料。

未来,碳纤维的制备技术将继续发展,特别是在绿色制备技术方面的探索。

二、应用领域碳纤维及其复合材料的应用领域广泛,主要涉及航空、汽车、电子、建筑等领域。

在航空领域,碳纤维及其复合材料被广泛用于制造机翼、尾翼、机身等部件,在大幅度减轻重量的同时又能提高机身强度。

在汽车领域,碳纤维及其复合材料被用于制造车身、内饰等部件,其轻量化的特性能够提高汽车燃油经济性。

在电子领域,碳纤维及其复合材料被用于制造电池、电容等器件。

未来,碳纤维及其复合材料的应用领域将进一步拓展,包括医疗器械、太阳能板、安防等领域的应用。

三、未来发展方向未来,碳纤维及其复合材料的研究发展方向将包括以下几个方面:1. 完善制备技术。

制备技术是碳纤维及其复合材料应用的基础,随着科技的发展,制备技术的不断完善将使碳纤维的品质更加优异,应用领域更加广泛。

2. 提高生产工艺和降低成本。

生产工艺的改善和成本的降低将使碳纤维及其复合材料的价格更加亲民,使其在更多的应用领域得到应用。

3. 研究兼顾性能和可持续性的碳纤维材料。

过去,碳纤维及其复合材料在提高性能的同时也存在废弃物难以处理等问题。

今后,将在注重材料性能的同时,兼顾可持续发展的角度去研究碳纤维材料。

总之,碳纤维及其复合材料的研究发展趋势将会继续走向更加广泛、高品质、可持续发展、绿色制造等方向。

碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势

碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势

碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势碳纤维增强复合材料是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等优点的新型复合材料,已经广泛应用于航天航空、汽车、船舶、体育器材等领域。

近年来,随着科技的发展和需求的增加,碳纤维增强复合材料技术也在不断进步,呈现出以下发展现状和趋势。

1.材料性能提升:随着碳纤维及复合材料制备技术的不断改善,碳纤维增强复合材料的力学性能得到了极大的提升。

例如,新型的高性能碳纤维材料具有更高的拉伸强度和模量,可以满足更高的工程性能要求。

2.成本降低:由于碳纤维和树脂材料的价格较高,导致碳纤维增强复合材料的成本相对较高。

为了降低成本,正在研究开发更加经济实用的碳纤维制备技术,比如通过改变纤维结构、调整成纤维化学组成等方式降低成本。

3.制备工艺改进:为了更好地满足不同工程应用的需求,人们正在不断改进碳纤维增强复合材料的制备工艺。

例如,采用新的纤维排列方式、改变纤维束的堆放方式等,可以提高材料的强度、断裂韧性和耐疲劳性。

4.新型纤维增强材料的研发:除了传统的碳纤维增强复合材料,人们还在研究开发其他类型的纤维增强材料,如陶瓷纤维、金属纤维等。

这些新型纤维材料可以通过与树脂组合使用,进一步提高复合材料的力学性能和耐高温性能。

5.应用领域的拓展:碳纤维增强复合材料已经成功应用于航空航天和汽车行业,而随着技术的进步,复合材料的应用领域将进一步拓展。

例如,在新能源领域,碳纤维增强复合材料可以用于制造风力发电机叶片和光伏支架;在医疗器械领域,可以制备高性能的假体和支架等。

总之,碳纤维增强复合材料技术在不断发展中,其性能提升、成本降低、制备工艺改进、新型材料研发和应用领域拓展等方面都显示出明显的趋势。

这一技术的进步将进一步推动碳纤维增强复合材料在各个领域的应用,并为新材料和新技术的研发提供更加广阔的空间。

碳基复合材料的发展前景

碳基复合材料的发展前景

碳基复合材料的发展前景
碳基复合材料是一种具有优异性能的新型材料,其主要成分是碳纤维和树脂基体。

随着科技的不断发展,碳基复合材料在各个领域的应用越来越广泛,展现出了巨大的发展潜力。

首先,碳基复合材料在航空航天领域有着重要的应用前景。

由于其轻质高强的特性,碳基复合材料被广泛运用于飞机、火箭等航空器的结构件制造中,可以显著降低整体重量,提高飞行性能,减少能耗。

未来随着航空航天技术的不断发展,碳基复合材料在这一领域的应用前景将更加广阔。

其次,碳基复合材料在汽车工业领域也具有巨大的潜力。

随着汽车工业的转型升级,对汽车轻量化的需求日益增加,碳基复合材料因其高强度、高韧性、耐腐蚀等优异性能,成为汽车轻量化的理想材料。

未来,碳基复合材料有望在汽车车身、底盘等部件的制造中得到更广泛的应用。

此外,碳基复合材料在能源领域也有着重要作用。

作为一种优异的导热隔热材料,碳基复合材料可以被运用于太阳能电池板的支撑结构和散热系统中,提高太阳能发电效率,推动清洁能源的发展。

未来,碳基复合材料有望在能源领域中扮演更为重要的角色。

综上所述,碳基复合材料具有广泛的应用前景,不仅在航空航天、汽车工业、能源领域等传统领域有着重要作用,还可以在医疗器械、建筑材料、体育器材等领域发展壮大。

未来随着技术的进步和应用范围的拓展,碳基复合材料必将成为材料领域的重要发展方向,为人类社会带来更多的创新和进步。

碳纤维复合材料发展现状

碳纤维复合材料发展现状

碳纤维复合材料发展现状碳纤维复合材料是一种具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀等优点的材料,因而具有广泛的应用前景。

在航空航天、汽车、体育用品等领域都有着重要的应用。

目前,碳纤维复合材料发展势头强劲,下面将从材料配方、生产工艺和应用领域三个方面探讨其发展现状。

首先,材料配方是碳纤维复合材料发展的基础。

随着材料科学的不断进步,碳纤维复合材料的配方也在不断改进。

传统的碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成,而现在则有更多的材料被引入其中,例如陶瓷颗粒、金属纤维等,以增强其性能。

此外,纳米技术的应用也为碳纤维复合材料的配方提供了新的思路。

其次,生产工艺是碳纤维复合材料发展的重要环节。

传统的生产方法主要是手工层叠,虽然能够获得优秀的性能,但是生产周期长、效率低。

随着机器人技术和3D打印技术的发展,碳纤维复合材料的生产工艺也发生了很大地变革。

现在,自动化生产线已经能够实现连续生产,并且可以根据产品设计进行定制生产,大大提高了生产效率和产品的一致性。

最后,碳纤维复合材料在各个领域的应用也在不断扩大。

在航空航天领域,碳纤维复合材料被广泛应用于飞机的机身、翅膀等关键部件,以减轻飞机重量,提高燃油经济性能。

在汽车领域,碳纤维复合材料可以用于汽车车身、底盘等部件,以提高车辆的安全性和节能性。

在体育用品领域,碳纤维复合材料逐渐取代传统材料,成为高档的高尔夫球杆、网球拍等产品的制造材料。

总的来说,碳纤维复合材料发展现状良好。

通过不断优化配方和改进生产工艺,碳纤维复合材料的性能得到了显著提升。

同时,各个领域对该材料的需求也在不断增加,推动了碳纤维复合材料产业的快速发展。

然而,碳纤维复合材料的成本仍然较高,且在大规模生产中尚存在技术难题,这些都是需要攻克的挑战。

但随着技术的进一步发展和应用的推广,相信碳纤维复合材料的未来会更加广阔。

2024年碳基复合材料市场分析报告

2024年碳基复合材料市场分析报告

2024年碳基复合材料市场分析报告引言本篇报告旨在对碳基复合材料市场进行深入分析,并为相关行业提供市场参考。

1. 市场概述碳基复合材料是一种由纤维素材质和碳材料组合而成的新型材料,具有轻质、高强度和优异的耐热性能等特点。

在各种行业中得到广泛应用,其市场前景广阔且持续增长。

2. 碳基复合材料行业现状目前,碳基复合材料行业已经形成了较为完善的产业链,包括原材料供应商、制造商、加工商和销售渠道。

同时,行业内有一些知名企业在国内外市场上占据重要地位。

3. 市场规模与趋势根据市场调研数据显示,碳基复合材料市场在过去几年中持续增长,并预计在未来几年内将保持稳定增长态势。

碳基复合材料的市场规模在全球范围内逐渐扩大,经济发展、科技进步和可持续发展需求是推动市场增长的主要因素。

4. 行业应用领域碳基复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备、体育用品和建筑材料等多个领域得到广泛应用。

具体而言,航空航天行业是碳基复合材料最主要的应用领域之一,其轻量化和高强度特性使其成为飞机和卫星等领域的首选材料。

5. 行业竞争格局碳基复合材料行业竞争激烈,主要表现在技术创新、产品质量、价格竞争和市场拓展能力等方面。

一些知名企业通过不断创新和与合作伙伴的战略合作,不断提升产品竞争力和市场份额。

6. 市场机遇与挑战碳基复合材料市场面临着机遇和挑战并存的情况。

机遇主要来自于国家政策支持、技术进步和市场需求增长等方面,而挑战则包括原材料供应紧张、环境保护和成本压力等方面。

7. 发展趋势与建议根据市场预测和行业分析,未来碳基复合材料市场将呈现出以下几个发展趋势:技术创新将进一步推动行业发展,绿色环保和可持续发展将成为市场竞争的重要因素,国际市场拓展将是企业发展的重要战略方向。

综上所述,碳基复合材料市场将继续保持稳定增长,相关行业应关注技术创新、市场拓展和可持续发展等因素,以保持市场竞争力和提升市场份额。

结论本报告对碳基复合材料市场进行了详细分析,并提供了行业发展趋势和建议。

2024年碳碳复合材料市场需求分析

2024年碳碳复合材料市场需求分析

碳碳复合材料市场需求分析概述碳碳复合材料是一种具有优良力学性能和耐高温性能的高级复合材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等领域。

本文将对碳碳复合材料市场的需求进行分析,探讨碳碳复合材料市场的发展趋势和挑战。

市场背景碳碳复合材料是由碳纤维和碳基短纤维在碳化工艺条件下制备而成的复合材料。

它具有高强度、高模量、低密度和良好的耐热性能,在高温环境下有良好的稳定性和耐久性。

由于其优秀的性能,碳碳复合材料在航空航天和能源领域得到了广泛应用。

市场需求分析1. 航空航天领域碳碳复合材料在航空航天领域具有重要的应用前景。

它可以用于制造航空发动机和航天器的热防护结构、气动翼面、航天器襟翼等部件。

因为碳碳复合材料具有良好的高温性能和热防护性能,可以有效地提高航空航天器的安全性能和使用寿命。

随着航空航天业的发展,对碳碳复合材料的需求也将不断增长。

2. 汽车制造领域随着汽车工业的快速发展,对汽车材料的性能要求也越来越高。

碳碳复合材料具有良好的强度和刚度,重量轻且耐热,因此被广泛应用于汽车制造中。

它可以用于制造车辆的制动系统、排气管和底盘结构等部件,可以提高汽车的性能和安全性。

随着电动汽车和智能汽车的兴起,对碳碳复合材料的需求也将持续增加。

3. 能源领域碳碳复合材料在能源领域具有广阔的应用前景。

它可以用于制造核电厂的反应堆堆芯、石油炼化装置中的高温管道和催化剂、燃气轮机燃烧室等部件。

碳碳复合材料具有良好的耐高温性能和化学稳定性,可以提高能源设备的效率和可靠性。

随着清洁能源的发展和能源需求的增加,对碳碳复合材料的需求也将不断增长。

市场发展趋势随着航空航天、汽车制造和能源领域的不断发展,碳碳复合材料市场的需求将进一步增加。

另外,随着科技进步的推动,碳碳复合材料的制备工艺和性能也将不断改进,推动碳碳复合材料市场的发展。

目前,全球碳碳复合材料市场呈增长趋势,预计在未来几年内将保持稳定增长。

市场挑战尽管碳碳复合材料在航空航天、汽车制造和能源领域有广泛的应用前景,但该市场仍面临一些挑战。

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碳基复合材料研究现状及发展趋势摘要:碳基复合材料由于其优异的各项性能在航空航天工业、能源技术、信息技术等方面有着很好的应用前景,国内外对高性能复合材料的研究也日趋加深,本文主要从材料的性能来分析其应用及其在未来主要领域的发展趋势。

1 碳基复合材料的特点碳纤维增强碳复合材料(碳基复合材料,C/C)是具有特殊性能的新型工程材料,是以碳或石墨纤维为增强体,碳或石墨为基体复合而成的材料。

碳基复合材料几乎完全是由碳元素组成,故能承受极高的温度和极大的加热速度。

该材料具有极高的烧蚀热、低的烧蚀率、抗热冲击,并在超热环境下有高强度,被认为是再入环境中高性能的抗烧蚀材料。

它抗热冲击和抗烧诱导能力极强,且具有良好的化学惰性。

碳基复合材料做导弹的鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹的突防能力和命中率。

碳基复合材料还具有优异的耐磨差性能和高的导热,使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。

碳基复合材料不仅具有其它复合材料的优点,同时又有很多独到之处。

碳基复合材料的特点如下:(1)整个系统均由碳元素构成,由于碳原子彼此间具有极强的亲和力,使碳基复合材料无论在低温下还是在高温下,都有很好的稳定性。

同时,碳素材料高熔点的本性,赋予了该材料优异的耐热性,可以经受住2000℃左右的高温,是目前在惰性气氛中高温力学性能最好的材料。

更重要的是碳基复合材料随着温度的升高,其强度不降低,甚至比室温还高,这是其他材料无法比拟的。

(2)密度低(小于2.0g/cm3),仅为镍基高温合金的1/4,陶瓷材料的1/2。

(3)抗烧蚀性能良好,烧蚀均匀可以用于3000 ℃以上高温短时间烧蚀的环境中,可作为火箭发动机喷管、喉衬等材料。

(4)耐摩擦,耐磨损性能优异,其摩擦系数很小,性能稳定,是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。

(5)良好的生物相容性,具有与人体骨骼相当的密度和模量,在人体骨骼修复与替代材料方面具有较好的应用前景。

2 碳基复合材料的制备工艺碳基复合材料制备过程包括:增强体碳纤维及其织物的选择、基体碳先驱体的选择、碳基复合材料预成型体的成型工艺、碳基体的致密化工艺以及最终产品的加工、检测等。

选择用何种工艺来制备碳基复合材料时,首先应根据碳基复合材料的应用要求选择使用什么样的纤维和基体,进而确定制备工艺。

预制体是按照产品形状和性能要求先把碳纤维成型为所需结构形状的毛坯,以便进一步进行碳基复合材料密化工艺。

对于预制体的编织技术可分为机器编织和手工编织,机器编织技术因其产品易起毛或断裂而未能得到广泛应用;手工编织技术因其产品不存在机器编织的确定性而得到广泛的应用。

目前使用较多的是手工缠绕编织和交叉编织,比较先进的是穿刺编织技术。

碳基复合材料致密化工艺过程就是基体碳形成的过程,实质是用高质量的碳填满碳纤维周围的空隙以获得结构、性能优良的碳基复合材料。

对于致密化工艺最常用的有两种制备工艺:化学气相渗透法和液相浸渍法。

形成碳基体的先驱物有用于化学气相沉积的碳氢化合物,如甲烷、丙烯、天然气等;有用于液相浸渍的热固性树脂,如酚醛树脂、糖醛树脂等,热塑性沥青如煤沥青、石油沥青。

化学气相渗透(CVI)工艺就是把碳纤维织物预制体放入专用CVI炉中,加热至所要求的温度,通入碳氢气体,这些气体分解并在织物的碳纤维周围和空隙中沉积上碳。

根据制品的厚度、所要求的致密化程度与热解碳的结构来选择CVI工艺参数。

化学气相渗透工艺又包括等温CVI法、热梯度CVI法、脉冲压力CVI法、微波CVI法,以及等离子体强化等种类,可根据对产品的性能要求选择不同的方法。

3 碳基复合材料的性能3.1 力学性能碳基复合材料属于脆性材料,断裂破坏时断裂应变很小。

碳基复合材料的强度与增强纤维的方向和含量密切相关,在平行于纤维轴向的方向上拉伸强度和模量较高,在偏离纤维轴向的方向上拉伸强度和模量较低。

碳基复合材料的强度同样受界面结合的影响较大。

碳纤维与碳基体的界面结合过强,碳基复合材料发生脆性断裂,拉伸强度偏低,剪切强度较好。

界面强度过低基体不能把载荷传递到纤维,纤维容易拔出,拉伸模量和剪切强度降低。

界面结合强度适中,使碳基复合材料具有较高的拉伸强度和断裂应变。

高温石墨化处理可显著提高碳基复合材料强度和模量,经石墨化处理后碳碳复合材料强度增加29.5%,模量增加119.2%。

石墨化处理提高了材料的性能指标,但并未改变材料的损伤破坏模式(图1),仍是纤维脆性断裂,只是损伤的扩展阶段不同。

图1 3D编织碳基复合材料弯曲应力—应变曲线材料的界面状况在石墨化处理后发生了变化,纤维与基体之间的结合明显弱化,基体碳层之间界面结合强度也明显的低于石墨化处理前(图2)。

石墨化处理后的碳基复合材料表现出有纤维的拔出,纤维上仍包覆有基体,表明纤维与基体间结合较为适宜,热解碳层间结合较弱。

碳基复合材料在高温下进行石墨化处理,因纤维和基体的线膨胀系数不同,增加了微裂纹,同时也改变了裂纹的结构形状,从而改变了裂纹扩展的途径,使材料拥有一个更有利的能量耗散机制,因此控制了碳基复合材料的断裂过程。

a b图2 3D-碳基复合材料室温弯曲破坏形貌a-未石墨化处理;b-石墨化处理3.2 热物理性能碳基复合材料的热物理性能具有碳和石墨材料的特征,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。

碳基复合材料具有较高的热导率,其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,其导热率随着石墨化程度的提高而增加,随密度增高而增高,此外还与纤维的方向有关;抗热震性好,碳纤维的增强作用以及材料结构中的空隙网络,使得碳基复合材料对于热应力并不敏感。

不会像陶瓷材料和一般石墨材料那样产生突然地灾难性损毁;线膨胀系数较小,多晶碳和石墨的线膨胀系数主要取决于晶体的取向度,同时也受到孔隙度和裂纹的影响。

因此,碳基复合材料的线膨胀系数随着石墨化程度的提高而降低。

线膨胀系数小使得碳基复合材料结构在温度变化时尺寸稳定性特别好,抗热应力性能比较好。

所有这些性能对于在宇航方面的设计和应用非常重要。

3.3 抗烧蚀性能这里“烧蚀”是指导弹和飞行器再入大气层在热流作用下,由热化学和机械过程引起的固体表面的质量迁移(材料消耗)现象。

在现有的抗烧蚀材料中,碳基复合材料是最好的抗烧蚀材料。

碳基复合材料是一种升华—辐射型烧蚀材料,具有较高的烧蚀热、较大的辐射系数与较高的表面温度,在材料质量消耗时吸收的热量大,向周围辐射的热流也大,具有很好的抗烧蚀性能。

3.4 摩擦磨损性能碳基复合材料具有比强度、比模量和断裂韧性高、密度低、热性能、摩擦磨损性能及承载能力优良,使用寿命长的特点,作为摩擦元件已广泛用做新一代民用及军用飞机刹车材料。

碳基复合材料作为摩擦制动材料具有一些列优点,如质量轻、寿命长、刹车过程平稳、热容高、高温稳定性好及可超载使用等。

影响碳基复合材料摩擦磨损性能的因素很多,如材料的制备工艺、纤维体积分数、结构、纤维增强形式、摩擦面方向和实际使用条件。

(1)基体类型对碳基复合材料摩擦磨损性能的影响。

在二维的不同密度的碳基复合材料中,中等密度的碳基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基复合材料低一个数量级。

在摩擦磨损的过程中各种碳基复合材料的摩擦系数的变化情况也不尽相同。

基体为粗糙层结构的碳基复合材料,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基复合材料,石墨化度低,摩擦系数小,磨损量小。

(2)纤维取向对碳基复合材料磨损性能的影响。

碳纤维取向对碳基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的多,而摩擦系数比纤维垂直于摩擦面方向要高的多;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,能提高碳基复合材料的热导率,降低摩擦面的温度,也会影响碳基复合材料的摩擦磨损性能。

(3)环境气氛对碳基复合材料摩擦磨损性能的影响。

碳基复合材料在用于飞机刹车的过程中,表面会产生高温。

在有空气存在的环境下,碳会迅速发生氧化反应生成碳化物,氧化作用将对材料的摩擦磨损性能产生显著地影响。

碳基复合材料在超负荷落地制动时,其氧化损失的磨损量占总磨损量的60%以上,并且氧化减弱了摩擦面表层和压表层的强度。

在干燥的CO2气氛中和相对湿度为50%的情况下,碳基复合材料的摩擦系数较低,这是由于氧和水蒸气在碳表面发生吸附。

氧在碳表面是化学吸附,依靠氧的化学键力,强度高,只有在高温时才会发生脱附作用;而水蒸气的吸附为物理吸附,依靠的是范德华力,在低温下发生脱附。

在潮湿环境下,开始时由于水分子的吸附作用及摩擦表面的温度较低,摩擦系数较低,随着水分的蒸发和温度的上升,摩擦系数将会增大。

3.5 生物相容性碳单质材料被认为是所有已知材料中生物相容性最好的材料。

碳基复合材料克服了单一碳材料的脆性,继承了碳材料的生物相容性,同时兼有纤维增强复合材料的高韧性、高强度等特点,且力学性能可设计、耐疲劳、摩擦性能优越、质量轻,具有一定的假塑性,且微孔有利于组织生长,特别是它的弹性模量与人骨相当,能够克服其他生物材料的不足,是一种综合性能优越、具有潜在力的骨修复和替代生物材料。

若将碳基复合材料与生物活性材料复合,既保持了生物材料所需的力学性能,又具有生物活性,生物活性涂层能够使植入体与骨组织间形成直接的化学键性结合,有利于植入体早期稳定,缩短手术后的愈合期。

4 碳基复合材料抗氧化技术碳基复合材料具有高强高模性、高热稳定性、高导热导电能力、低密度、低热膨胀系数、耐烧蚀、耐腐蚀、摩擦系数稳定等特点,而且这些性能可以在2000℃以上的高温下保持,使其成为高温结构材料的首选材料之一,特别是它随温度升高依然保持其室温下力学性能的特性,被大量用于航空、航天及民用工业领域。

然而这些优异的性能只能在惰性环境中保持。

碳基复合材料在400℃的有氧环境中就开始氧化,而且氧化速率随着温度的升高而迅速增加,因此在高温氧化环境中应用时将会引起灾难性后果,所以碳基复合材料抗氧化技术是其作为高温结构材料应用的关键。

目前碳基复合材料的抗氧化设计思路有两种:基体改性技术和抗氧化涂层技术。

基体改性技术为碳基复合材料在低温段的抗氧化提供了一条有效途径。

表面涂层技术是目前研究的比较多的方法,并取得了长足发展,可制备出多层梯度涂层使在碳基复合材料1600℃下长时间服役。

4.1 基体改性技术基体改性技术的具体做法是合成碳基复合材料时,在碳源前驱体里加入阻氧成分,这样,基体碳和阻氧微粒一同在碳纤维上进行沉积,就能形成具有自身抗氧化能力的碳基复合材料。

同样,基体改性技术的阻氧成分选择要满足一定条件其中应包括:( 1) 与基体碳之间具备良好的化学相容性;( 2) 具备较低的氧气、湿气渗透能力;( 3) 不能对氧化反应有催化作用;( 4) 不能影响碳基复合材料原有的优秀机械性能。

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