碳碳复合材料
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。
等静压石墨和碳碳热场
等静压石墨和碳碳热场
等静压石墨（EQP）和碳碳复合材料（C/C）是两种不同的高性能材料，在热场应用中扮演重要角色。
等静压石墨（EQP）是一种高温工程材料，由颗粒状球形石墨粉末制成。
它具有良好的热传导性能、高温稳定性和化学稳定性。
等静压石墨通过等静压热加工技术将石墨颗粒均匀地压实成形，形成具有良好力学性能和热传导性能的块体材料。
等静压石墨常用于热导材料、导热件、电子设备散热系统等领域。
碳碳复合材料（C/C）是一种由碳纤维强化碳基矩阵构成的复合材料。
它具有优异的高温耐性、低比重和高比强度，同时具备良好的耐腐蚀性和耐磨性。
碳碳复合材料在高温和极端环境下具有出色的性能，常用于航空航天领域，例如导弹热防护、航天器热结构件等。
热场应用中，等静压石墨和碳碳复合材料有不同的应用场景。
等静压石墨通常用于热传导材料的导热解决方案，例如电子元器件的散热设计，热交换器等。
而碳碳复合材料则常用于高温环境下需要耐高温、耐热冲击的部件，例如导弹的热防护和航天器的热结构件。
需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的材料，同时考虑到其物理性能、成本和制造工艺等方面的因素。
在实际应用中，应该咨询专业工程师或材料专家以获得更详细和具体的建议。
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。
碳碳的制造工艺
碳碳的制造工艺概述碳碳复合材料是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、核能工业等领域。
碳碳复合材料由碳纤维和炭化石墨矩阵组成，具有高温强度、耐腐蚀性和热震稳定性等特点。
本文将详细介绍碳碳的制造工艺。
1. 碳纤维制备1.1 原料选择制备碳纤维的原料通常为聚丙烯腈（PAN）纤维或石墨化沥青（Pitch）纤维。
PAN纤维具有较高的强度和模量，适用于制备高性能的碳纤维；Pitch纤维则具有较高的导电性和耐高温性能。
1.2 碳化过程1.2.1 预氧化PAN纤维在氧气氛中进行预氧化处理，将其转变为具有一定结晶度和稠度的物质，增加后续碳化过程中的产率和强度。
1.2.2 碳化经过预氧化的PAN纤维或Pitch纤维在高温下进行碳化处理，使其转变为高纯度的碳纤维。
碳化过程需要控制温度和气氛，以确保纤维的结构和性能。
1.3 纤维表面处理碳纤维表面通常存在一定的氧化物，需要进行表面处理以提高其与矩阵材料的结合性能。
常用的表面处理方法包括等离子体处理、化学处理和机械磨削等。
2. 炭化石墨矩阵制备2.1 矩阵原料选择炭化石墨矩阵通常采用煅烧型树脂（Resin）或者沥青（Pitch）作为原料。
树脂型矩阵具有较低的导电性和耐高温性能，适用于一些低温应用；而沥青型矩阵具有较高的导电性和耐高温性能，适用于高温应用。
2.2 矩阵浸渍将碳纤维预制件浸泡在树脂或沥青中，使其充分浸渍，形成浸渍体。
浸渍过程中需要控制浸渍时间和温度，以确保纤维和矩阵的结合质量。
2.3 热处理经过浸渍的碳纤维预制件在高温下进行热处理，使其转变为炭化石墨矩阵。
热处理过程需要控制升降温速率和保持时间，以确保矩阵的致密性和均匀性。
3. 碳碳复合材料制备3.1 预成型将经过碳化的碳纤维预制件与经过热处理的炭化石墨矩阵预制件放置在模具中，进行定型压制。
预成型过程中需要控制压力、温度和时间，以确保复合材料的密实性和尺寸精度。
3.2 热压缩经过预成型的复合材料在高温下进行热压缩处理，使其形成致密的结构。
孔隙率和碳碳复合材料导热的关系
孔隙率和碳碳复合材料导热的关系下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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独树一帜的航空材料
发动机原理图
碳碳复合材料的应用
美国通用公司已完成1760℃的地面超速 试验。预计2010年前后碳碳复合材料将更 多地用于新一地代高推重比航空发动机的 关键部位。 碳碳复合材料用于制造航空器再入系统 的隔热屏、头锥、火箭喉衬等，是非常理 想的选择。当航天飞机由120km高的轨道 再入大气层时，机身头锥和机翼前缘由于 与空气摩擦而燃起熊熊大火，航天飞机赤 热的表面超过1260℃。到目前为止，能担 此重任的惟一材料就是碳碳复合材料。
碳纤维布
多维编织的碳碳复合材料预成型体结构
碳碳复合材料的应用
就目前的情况看，使用碳碳复合材料最 多的是飞机刹车装置。1971年“协和号” 超音速旅客机率先使用碳碳刹车盘，使原 来的金属陶瓷-高强度钢刹车盘由1406kg下 降到725kg，减重680kg，而寿命提高5倍， 着陆制动次数由300次增加到1500次。更重 要的是，安全性得到提高。 现在“波音”和“空中客车”两大系列 旅客机，以及几乎所有军用机都采用了碳 碳刹车装置。
碳碳复合材料的应用
碳碳复合材料更重要的用途是作为高温结 构材料使用，它在1650℃高温下能保持强 度，不需要冷却。美国已将先进碳碳 （ACC）复合材料用于F100发动机的喷嘴 和燃烧室喷管上。法国的幻影2000飞机的 发动机上用碳碳制成油管、隔热屏和鱼鳞 片。美、英、法等国还将碳碳复合材料制 成带片的整体涡轮进行试验。
碳/碳复合材料的特点
• 低密度 1.8~2.0 克每立方厘米
（据统计，飞机结构如减轻1kg，每年可节约燃料 290好的物理性能 • 高的强度和比强度 • 良好的抗热振性和化学稳定性
碳/碳 复合材料的制造工艺
1 液相浸渍法 液相浸渍法是将石墨化碳纤维布作为增强剂， 浸渍液态的树脂基体并固化后，在惰性气体保 护下加热使基体碳化后形成碳/碳 复合材料。这 种工艺制成的复合材料有一定的孔隙度，要使 其致密必须重复浸渍——固化——碳化过程。 2 化学气相沉积法 化学气相沉积法是将甲烷之类的碳氢气体在 1100℃左右进行热分解，使气体碳沉积在碳坯 体的孔隙中，坯体可以是短碳纤维毡，布，或 三维编织物。这种方法产生效率高，制件致密 性好，大量用于生产碳/碳刹车盘。
碳碳复合材料
碳／碳复合材料的分类定义:碳碳复合材料是指用碳纤维或石墨纤维为增强材料,以碳化或石墨化的树脂或用化学蒸气沉积的碳作为基体材料的复合材料。
特点:比强度大、比模量高、高温烧蚀性能好、耐热冲击、化学惰性好等优点，而且升华温度高，高温下仍能保持很高强度。
适用于高温的最佳的最佳先进复合材料。
根据增强材料与基体材料的不同，碳／碳复合材料可分为三种：碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳、石墨纤维增强石墨。
根据纤维的类型或编制方式，碳／碳复合材料可分为短纤维增强的碳／碳复合材料、单向连续纤维增强的碳／碳复合材料、层合织物(碳布重叠或原丝制毡)增强的碳／碳复合材料及三维立体编织物增强的碳／碳复合材料等多种。
短纤维复合材料的成本低，容易加工，但强度不高；连续纤维复合材料仅在纤维方向具有较高的强度；层合织物可在纤维平面上提供高强度和良好的抗冲击性能，而在垂直于纤维平面的方向上力学性能较差；三维织物增强的复合材料比其他几种形式的复合材料性能皆佳，整体性强，层间剪切强度高，但制造成本亦高。
由于碳在常压下不熔化，也不能溶解于任何溶剂中，因此不能直接用作基体材料。
基体制造工艺有两种。
第一种是先制成碳纤维增强热固性树脂基复合材料，然后在氧气中缓慢热分解，使树脂基体分解，并在沥青、酚醛树脂等溶液中反复进行浸渍并热解，最后只残留碳基体，得到碳／碳复合材料。
第二种是化学蒸气沉积法，即用碳氢化合物气体，如甲烷、乙炔等，在1000～1100℃下进行分解，在三维织物、碳毡、纤维缠绕件的结构空隙内进行沉积。
形成致密的碳／碳复合材料。
第一种制造方法常用的基体材料主要有沥青、酚醛、糠醛等含碳量高的树脂。
由于热分解时树脂中非碳元素的分解逸出，在基体中易产生空隙。
因此，制造时一般应利用化学蒸气沉积技术在空隙中沉积碳，以提高材料的致密性。
碳／碳复合材料与其他碳素材料一样，在空气中加热到400℃以上就会发生氧化。
即使很少量的烧蚀也会导致材料的物理性能和力学性能劣化。
碳碳复合材料的研究现状及深远发展
碳/碳复合材料的研究现状及深远发展温可明翁丰壕南昌航空大学飞行器工程学院 10063121班21号南昌航空大学飞行器工程学院 10063121班22号摘要：碳/碳复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料, 密度小、比强度大、线膨胀系数低( 仅为金属的1/ 5~ 1/ 10) 、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。
特别是碳/碳复合材料在1 000℃~ 2 300℃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。
碳/碳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。
关键字：航空航天碳/碳复合材料研究现状深远发展1：引言：复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。
今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。
先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。
到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。
自从先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的成果。
第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100号，并试飞成功。
第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门。
第三件是使用了碳碳复合材料作为主承力结构，制造了这架可载80人的波音-767大型客运飞机，不仅减轻了重量，还提高了飞机的各种飞行性能。
碳/碳复合材料在这几个飞行器上的成功应用，表明了复合材料的良好性能和技术的成熟，这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。
碳/碳复合材料除了在航空航天方面的应用越来越广泛之外，其在汽车方面的应用也越来越广泛，尤其是跑车上在2009年12月9日～11日在美国加州圣地亚哥新Hition，举办的“复合材料世界的碳纤维”2009研讨会，兰博基尼公司的两位官员就碳纤维复合材料的供应、技术与应用的年度报告与评论进行了介绍。
碳碳复合材料制备工艺流程
碳碳复合材料制备工艺流程碳碳复合材料制备工艺流程通常包括原料准备、预制件制备、碳化和热处理等步骤。
The process of preparing carbon-carbon composites usually includes raw material preparation, preform preparation, carbonization, and heat treatment.首先，将碳素纤维和碳素基体材料作为原料进行准备。
First, prepare carbon fiber and carbon matrix material as raw materials.然后，通过浸渍、层积或编织等方法，制备碳素纤维预制件。
Then, prepare carbon fiber preforms by impregnating, stacking, or weaving.接下来，进行碳化处理，将预制件在高温下进行碳化，以提高材料的碳化度和热稳定性。
Next, carbonize the preform at high temperatures to increase the carbonization degree and thermal stability of the material.最后，进行热处理，以进一步提高材料的密实度和力学性能。
Finally, carry out heat treatment to further improve the density and mechanical properties of the material.在制备过程中，需要控制温度、时间和气氛等参数，以保证材料的质量和性能。
During the preparation process, it is necessary to control parameters such as temperature, time, and atmosphere to ensure the quality and performance of the material.此外，还需要对制备过程中的废气和废水进行处理，以符合环保要求。
碳碳热场 单价
碳碳热场单价
碳碳热场单价指的是碳碳复合材料在热场中的价格。
碳碳复合材料是一种高性能、高温材料，主要由碳纤维和碳基矩阵组成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和高强度等特点，被广泛应用于航空航天领域。
碳碳复合材料的价格取决于多个因素，包括材料的质量、生产工艺、市场供需关系等。
一般来说，碳碳热场单价会根据材料的规格、尺寸、形状等不同而有所差异。
在市场上，碳碳热场的价格通常以每单位重量（如每公斤）计算。
碳碳复合材料在航空航天领域具有重要的应用，例如用于制造航天器的热防护罩、导弹的热护盾等。
在这些高温、高速环境下，碳碳复合材料能够提供良好的热防护性能，保护航天器免受极端温度的影响。
由于碳碳复合材料的制造工艺复杂、成本高昂，因此其价格相对较高。
但是，随着技术的不断进步和生产规模的扩大，碳碳热场的单价正在逐渐下降，逐渐向普通航空航天项目的应用领域拓展。
总的来说，碳碳热场的单价是一个综合考量多个因素的结果，随着碳碳复合材料的应用范围不断扩大，其价格也将逐渐趋向合理化。
在未来的航空航天领域，碳碳复合材料将会继续发挥重要作用，为航天器的热防护提供更加可靠的保障。
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碳/碳复合材料
什么是碳/碳复合材料？它是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，尤其是在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是全球最有发展前途的高温材料之一。
虽然碳/碳复合材料有很多十分优良的高温性能，但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应，从而导致材料的性能急剧下降。
所以，碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。
碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径，即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳/碳复合材料进行保护；随着温度的升高，则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料与氧的直接接触，以达到氧化防护的目的。
当前使用最多的是涂层的方法，随着科技不断进步，对碳/碳复合材料超高温性能的依赖越来越多，而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。
值得一提的是，C/C基复合材料是近一些年来全球最受重视的一种更耐高温的新材料。
因为只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上，发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料，曾经是美国21世纪重点发展的耐高温材料，尤其是全球先进工业国家拼力追求的最高战略目标。
所谓C/C基复合材料，就是碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的耐熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性
破坏。
由于C/C基复合材料具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，因此，是当今最理想的耐高温材料，特别是在1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而能够提高。
特别是在1650℃以下时仍然还保持着室温环境下的强度和风度。
因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有非常大的发展潜力。
值得一提的是，C/C基复合材料在航空发动机应用的一个主要问题是抗氧化性能较差，所以，近几年美国通过采取一系列的工艺措施，让这一问题获得解决，并且逐步应用在新型发动机上。
比如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管，F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管，F120验证机燃烧室的部分零件都已经采用了C/C基复合材料制造。
再比如法国的M88-2发动机，幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。