9 碳／碳复合材料
碳碳复合材料
二、碳/碳复合材料的应用
C/C复合材料作为刹车盘
二、碳／碳复合材料的应用
2. 先进飞行器 导弹、载人飞船、航天飞机等，在再入环境时飞行器头 部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位 温度可达2760℃，所以必须选择能够承受再入环境苛刻 条件的材料。 设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能 量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽也要 求防热材料，在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称, 同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使 用的性能。 三维编织的C/ C复合材料，其石墨化后的热导性足以满 足弹头再入时由160℃气动加热至1700℃时的热冲击要 求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏； 其低密度可提高导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头 上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/C 复合材料还可 作热防护材料用于航天飞机。
碳／碳复合材料CVD工艺
在CVD过程中特殊问题--防止预成型体封口。 在工艺参量控制时应使反应气体和反应生成气 体的扩散速度大于沉积速度。
预成型体和基体碳
碳／碳复合材料制备的基本思路 先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基体碳填充， 逐渐形成致密的C/C复合材料。 预成型体是一个多孔体系，含有大量孔隙，即使是在用成束 碳纤维编织的预成型体中，纤维束中的纤维之间仍含有大量 的孔隙。
二、碳／碳复合材料的应用
C/C在航天领域中的应用
二、碳/碳复合材料的应用
二、碳／碳复合材料的应用
3. 固体火箭发动机喷管上的应用 C/C 复合材料自上世纪70 年代首次作为固体火箭发动机 (SRM) 喉衬飞行成功以来，极大地推动了固体火箭发动 机喷管材料的发展。 采用 C/C 复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥，具有 极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓, 可提高喷管效率1 %～ 3%，即可大大提高固体火箭发动机的比冲。 喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基C/C复合材料, 增强体多为整体针刺碳毡、多向编织结构等，并在表面 涂覆SiC以提高抗氧化性和抗冲蚀能力。 美国在此方面的应用有：①“民兵2Ⅲ”导弹发动机第三 级的喷管喉衬材料； ②“北极星”A27 发动机喷管的收 敛段;③MX 导弹第三级发动机的可延伸出口锥(三维编织 薄壁 C/C 复合材料制品)。 俄罗斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥(三维编织薄壁 C/C复合材料制品) 。
复合材料概论第9章--碳碳复合材料
◆ 沉积碳
沉积碳（CVD碳）是含碳 的烷、烯、炔类有机化合物前 驱体，经热解后沉积在预制体 碳纤维上的碳。 在C/C复合材料中采用CVD /CVI工艺时，多采用的CVD碳 的前驱体多为甲烷、丙烷、乙 烯、丙稀或乙炔，有的还采用 天然气作前驱体。
在液相气化CVD（CLVD） 则采用煤油等含碳前驱体。
◆ 各种编织方法制成的预制体
◆ 三维正交预制体
三维正交碳纤维增强的C/C及其显微结构
◆ 五维预制体
◆ 飞机刹车盘预制体
◆ 导弹、火箭鼻锥、喷管编织预制体
◆ 导弹、火箭鼻锥、喷管预制体制编织
导弹、火箭鼻锥、喷管预制体制编织车间
2、基体碳
基体碳分为：树脂与沥青浸渍碳和沉积碳两种
◆ 树脂（沥青）浸渍-碳化对浸渍剂的要求 树脂（沥青）碳均是由碳纤维预制体浸渍树脂或沥青
1、力学性能——与碳材料的对比
C/C复合材料的力学性能在室温和高温下都明显高于 基体的碳材料。
2、摩擦性能
碳/碳的高温摩擦性能稳定；刹车时吸收动能高，能 显著提高飞机制动性能；密度低，并能显著减轻飞机刹 车装置的重量。
◆ 摩擦系数：0.2-0.3
高温下稳定。飞机制动过程中，刹车盘整体温度达500℃，而表面最 高温度可达1500℃以上。
随后，随着温度的升高，树脂经历脱氢，体积收缩变化不大，趋于 稳定；
当温度高于2000℃（碳化后的热处理），树脂碳乱层结构中的网平 面的排列紊乱程度有所减弱（趋向于向石墨结构方向），引起裂缝， 体积略有增加。
树脂碳因树脂的化学结构的重排困难，难于石墨化， 主要是各向同性的树脂碳。
循环浸渍－碳化曲线反映了浸渍－碳化工艺特点：
● 热固性沥青烯（BS）：不溶于石油醚，但溶于苯和甲苯； ● –树脂（ ● –树脂（
碳碳复合材料的制备方法
碳碳复合材料的制备方法
碳碳复合材料的制备方法主要包括以下步骤：
增强纤维及其织物的选择：碳纤维束的选择和纤维织物的结构设计是制造C/C复合材料的基础，通过合理选择纤维种类和织物的编制参数，可以决定C/C复合材料的力学性能和热物理性能。
碳纤维预制坯体的制备：预制坯体是指按产品形状和性能要求先把纤维成型为所需结构形状的毛坯，以便进行致密化工艺。
目前C复合材料主要使用的编织工艺是三维整体多向编织，编织过程中所有编织纤维按照一定的方向排列，每根纤维沿着自己的方向偏移一定的角度互相交织构成织物，其特点是可以成型三维多向整体织物，可以有效的控制C/C复合材料各个方向上纤维的体积含量，使得C/C复合材料在各个方向发挥合理的力学性能。
C/C的致密化工艺：致密化程度和效率主要受织物结构、基体材料工艺参数的影响。
目前使用的工艺方法有浸渍碳化、化学气相沉积（CVD）、化学气相渗透（CVI）、化学液相沉积、热解等方法。
主要使用的工艺方法有两大类：浸渍碳化工艺和化学气渗透工艺。
碳碳复合材料导热系数
碳碳复合材料导热系数一、引言碳碳复合材料是一种高性能、高温、高强度的新型材料，具有优异的耐热、抗氧化和耐腐蚀等性能，因此在航空航天、汽车制造、核工业等领域得到广泛应用。
其中，导热系数是影响碳碳复合材料热传导性能的重要因素之一。
二、什么是导热系数导热系数是指单位时间内单位面积上的热量流动量与温度梯度之比，通常用W/(m·K)表示。
在物理学中，导热系数也被称为热传递系数或热导率。
三、碳碳复合材料的导热系数1. 碳纤维增强碳基复合材料（C/C）的导热系数C/C复合材料具有优异的导热性能，其导热系数通常在100~400 W/(m·K)范围内。
其中，高模量C/C复合材料的导热系数约为200 W/(m·K)，而高强度C/C复合材料则可达到400 W/(m·K)以上。
2. 碳纤维增强陶瓷基复合材料（C/SiC）的导热系数C/SiC复合材料的导热系数通常在20~100 W/(m·K)范围内，其导热性能相对较弱。
其中，高温下的C/SiC复合材料导热性能较好，其导热系数可达到100 W/(m·K)以上。
3. 碳纤维增强碳化硅基复合材料（C/C-SiC）的导热系数C/C-SiC复合材料具有优异的导热性能，其导热系数通常在100~400 W/(m·K)范围内。
其中，高温下的C/C-SiC复合材料导热性能最好，其导热系数可达到400 W/(m·K)以上。
四、影响碳碳复合材料导热系数的因素1. 材料成分：不同成分的碳碳复合材料具有不同的导热性能。
一般来说，纯碳基材料具有较好的导热性能，而陶瓷基和金属基复合材料则相对较差。
2. 纤维取向：纤维取向是影响碳碳复合材料导热性能的重要因素之一。
纤维取向越接近于横向，导热系数越小；纤维取向越接近于纵向，导热系数越大。
3. 纤维体积分数：碳碳复合材料中纤维的体积分数也会影响导热性能。
一般来说，纤维体积分数越高，导热系数也就越高。
碳／碳复合材料的性能和应用进展
学 、热 学性能 ，化 学性能 和其在各 领域 的应用进 展 。 关键 词 ：碳／ 复合材料 ；石 墨化度 ；性能 ；应 用 碳
中图分类号 ：Ｔ １ Ｑ ３
ｏ ｘ ｅｌ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ， ｓ ｈ ｓ ｉｈ ｐ ｃ ｆ ｓｒ ｎ ｔ ｆ ｅ ｃ ｌ ｔｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｅ ｕｃ ａ ｈｇ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔｅ ｇｈ， ｈｇ ｓ ｅ ｉ ｃ ｉ ｉｈ ｐ ｃ ｆ ｍｏ ｕ ｕ ， ｈ ｇ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｓｓａ ｃ ｉ ｄ ｌｓ ｉｈ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ，
ｓｏ ｏ ｆ ｃｅ ｔ Ｓ ｔｃ ｎ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ａ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｔｒａ ｅ ｒｎ ａ ｙ ｌ ａ ｓ， ｂ ｔａｓ ｌｙ ａ ｒ ｌ ｓｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｉ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ． ｏ ｉ ａ ｏ ｎｙ ｂ ｔｕ ｔｒ ｌｍａｅ ｉｌｂ ａ ｉ ｇ ｈｅ ｖ ｏ ｄ ｉ ｕ ｌｏ ｐ ａ ｏ ｅ ａ ｕ ｃｉ ａ ｏ
ａ ｕ ｅ ，ａ ｄ ａ ｅ ｃ ｎｓｄ ｒ ｄ ａ ｈ ｓ ｒ ｍｉｉｇ ｃ ｎ ｉ ｔ ｔｒａｓｆｒｈ ｇ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｐ ｉａｉ ｎ ｕ ｈ ａ ｎ ａ ｔ ｒ ｓ ｎ ｒ ｏ ｉ ｅ ｅ ｓｔ ｅ ｍｏ ｔｐ ｏ ｓｎ ａ ｄｄａｅｍａｅ ｉｌ ｏ ｉｈ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｐ ｌ ｔｏ ｓｓ ｃ ｓｉ — ｃ
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｈ ｒ ｏ ／Ｃａ ｂ ｎ Ｃｏ ｐ ｓｔｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｅ Ｃａ ｂ ｎ ｒ ｏ ｍ ｏ ｉｅ ’Ｐｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｅ ｔｅ
ａ ｄ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｎ ｐ ｉ ａ ｉ ｎｓ
高分子复合材料
高分子复合材料姓名：顾大伟学号：5091109012 班级：F09110011.简述聚合物复合混凝土材料。
混凝土聚合物复合材料是利用水泥混凝土的制造方法和施工技术与高分子材料有效结合而产生的一种新型材料。
用于水泥混凝土改性的聚合物种类很多,对水泥混凝土进行改性的具体工艺也多种多样,最终获得的改性水泥混凝土主要有三种:(1)聚合物混凝土或树脂混凝土(PC);(2)聚合物浸渍混凝土(PIC);(3)聚合物改性水泥混凝土(PMC)。
(1)聚合物混凝土或树脂混凝土(PC)聚合物混凝土是指在集料中加入一种或几种树脂（或单体）作为粘合剂，在固化剂的作用下经聚合反应即为聚合物混凝土。
Ⅰ.聚合物混凝土原材料：包括粘合剂、集料、填料和其他材料等。
A.粘合剂聚合物混凝土制造中采用的粘合剂种类很多，参见表1。
粘合剂中以不饱和聚酯树脂的价格较低，对聚合物混凝土的固化控制较容易；采用MMA时，由于粘度低，聚合物混凝土的工作度好，施工方便，其低温（-22℃）固化性能较优。
B.集料聚合物混凝土中采用的集料有河砂、碎石、河砾石和人造轻骨料等。
日本通常要求集料的含水率＜0.5%，美国的一些规范要求＜1%，否则应进行电热强制干燥。
C.填料用以改善聚合物混凝土的流动性，防止离析，并可提高其表面硬度。
填料一般粒径为1～30微米。
常用填料有:重质碳酸钙（日本多采用，但耐酸工程中不能用）、硅灰、粉煤灰和矿渣粉等。
使用的填料要求干燥。
D.其他材料聚合物混凝土中要掺入相应的固化剂或固化促进剂，以控制混凝土的固化时间和施工时间。
掺入偶联剂以提高粘合剂和集料界面间的粘结力，改善聚合物混凝土的耐久性并提高强度；掺入某种颜料以获得特殊的色彩效果。
为了提高聚合物混凝土的性能，也可在聚合物混凝土中配备或掺入补强材料，如圆钢、预应力钢筋、玻璃纤维强化塑料棒材、钢纤维、聚酰胺纤维等。
图1.日本聚合物混凝土、砂浆用聚合物粘合剂或液体树脂的分类Ⅱ聚合物混凝土性能：聚合物混凝土的强度和其粘合剂、集料等的性能及配比关系很大。
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。
碳碳复合材料的热膨胀系数
碳碳复合材料的热膨胀系数
碳碳复合材料 (C/C) 是一种具有高温强度和热膨胀系数较低的材料。
热膨胀系数 (CTE) 是材料在温度变化下长度变化的程度，在高温环境
下特别重要，因为材料的长度变化会导致应力和变形。
C/C 的热膨胀系数通常在 0.5-1.5 μm/(m·K) 之间，比普通的金属和陶瓷材料低得多。
这种低热膨胀系数是由于材料的微观结构和化学成分
决定的。
C/C 是一种由碳纤维和炭化树脂组成的复合材料，其中碳纤
维具有高强度和低CTE，而炭化树脂具有较低的CTE。
这种结构和化
学成分的组合使得C/C的整体热膨胀系数相对较低。
C/C 的低热膨胀系数使得它在高温环境下具有很多应用。
例如，C/C
可以用作发动机部件、高温热障涂层、熔融金属流体处理设备等。
此外，C/C 也可用于太空航天和核工程领域等应用。
然而，需要注意的是，C/C 的热膨胀系数并非固定不变。
由于温度和
应力的变化，C/C 的热膨胀系数也会出现变化。
因此，在设计和使用
C/C 材料时，需要考虑它的热膨胀系数的差异，以确保其强度和稳定性。
总之，C/C 是一种独特的材料，具有高温强度和低热膨胀系数等特点。
这使得它在高温应用中具有重要的应用价值。
了解其热膨胀系数的特点和变化规律，可以更好地应用和设计 C/C 材料。
碳基复合材料
（1）三向正交织物
Carbon-Carbon
• 美国从六十年代中期到七十年代初期制成的代表性三向 增强碳/碳复合材料是以编好的石墨纤维布迭层后，再从 Z向穿入石墨纱，制成一种三向预制件。 • 特点： （A）三个方向的纱不交织．只有重合点。这就可以避免 或减少由于纱交织造成纤维折断和损伤。平直排列有利 于充分发挥增强碳结构中每根纤维的力学性能。 （B）各个方向上纱线的品种、股数和每股纱中纤维的根 数都可以根据需要进行合理的选择和设计，为碳/碳复合 材料的结构性能和烧蚀性能的设计提供了极大的灵活性。 • 试验中发现碳/碳复合材料的烧蚀性能与编织的细密程度 有关，即：增强碳的结构越细密，碳/碳材料的烧蚀率越 小．烧蚀外形也越匀称。美国从七十年代初期又开始研 制成三向正交细编碳/碳鼻锥材料。
Carbon-Carbon
增强材料
（一）对碳纤维的要求
含碳量尽量高，含杂质尽量少。特别是有害杂质：碱 金属尽量少（据说抗热氧化性能好的碳纤维，碱金属的含量 都比较低）。 由于杂质成分和微观结构上的差别，不仅影响到碳纤维的强 度和弹性模量，某些杂质含量过高还会削弱材料的耐烧蚀性 能。 一般说，如果碳/碳复合材料是用于一般的防热或隔热，则 不必选用价格昂贵的高强度高模量碳纤维。 若用于制造导弹弹头等再入飞行器鼻锥和固体火箭发动机喷 管，由于工作环境恶劣，要求碳/碳复合材料不仅仅是耐高 温耐烧蚀，耐热冲击，还要能经受机械冲刷和剥蚀，因此应 选择强度和模量适中的碳纤维，而且有害杂质碱金属的含量 越低越好。
Carbon-Carbon
（二）碳纤维的使用形式
1、碳毡 • 先用几十个毫米长的短切粘胶人造丝或聚丙烯睛的毛絮层 迭在一起．经针刺加工使10-20%的纤维处于垂直方向。 • 毡是多孔材料，因此，它不仅是CVD工艺渗碳的理想骨架， 而且还可以直接用它作耐高温隔热材料。 2、碳纤维多向织物 • 碳毡内纤维是任意取向的，单向和两向的增强材料也都因 为低强度或极端的各向异性、或者是兼有低强度和极端的 各向异性而不能满足使用要求。
《复合材料》习题及答案 (2)
《复合材料》习题及答案第一章1、材料科技工作者的工作主要体现在哪些方面？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进行复合，制备出具有优良特性的复合材料。
2、复合材料的定义（名词解释）复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
3、复合材料的分类（填空题）⑴按基体材料分类①聚合物基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属基复合材料。
⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③片材增强复合材料；④叠层复合材料。
4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴一次结构：是指由基体和增强材料复合而成的单层复合材料，其力学性能取决于组分材料的力学性能，各相材料的形态、分布和含量及界面的性能；⑵二次结构：是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）；⑶三次结构：是指工程结构或产品结构，其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何。
5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。
第二章1、复合材料界面对其性能起很大影响，界面的机能可归纳为哪几种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用。
②阻断效应：适当的界面有阻止裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
③不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象。
④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。
⑤诱导效应：复合材料中的一种组元的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生变化。
2、对于聚合物基复合材料，其界面的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。
3、界面作用机理界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。
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二、C/C复合材料在飞机上的应用
飞机的重量直接关系到飞机的飞行性能如飞行速度、飞行
距离、燃料消耗、净载重量等。在确保材料具有足够强度
和刚度的前提下，尽可能轻一些是飞机设计制造者追求的 重要目标。
C/C复合材料具备飞机用结构材料要求的高强度、高刚度
和重量轻的综合性能.成为现代高性能飞机重要的新型结 构材料。
实例~~~火箭喷管
喷管材料必须经受住： 1)2000℃一3500℃的高温；
2)灼热表面的超高速加热的热冲击；
3)高热梯度引起的热应力； 4)高压力； 5)连续数分钟暴露在高速腐蚀性气体中。
作为火箭喷管材料，高熔点金属的突出弱点是承受高温能力差而且笨 重； 高性能合成石墨材料广泛应用于火箭喷管，如美国的ATJ石墨和我国 的T705石墨等石墨材料是由于它们具有高温稳定性好、重量轻的优点。 为了弥补其机械性能的缺欠，还需要用钢或铝合金之类的结构材料给 予支撑，而钢和铝又无能力经受住高温，所有这些又增加了喷管的重 量。 C/C复合材料全是炭，可以耐高温;其强度是优质合成石墨材料的 10~20倍，甚至更高;重量只有钢的四分之一。用C/C复合材料设计制 造火箭喷管可节约重量达30%一50%。因此，CC/复合材料成为更具 潜力的理想的火箭喷管材料。
CVD 工艺流程
碳纤维预成型体
置于高温化学气相沉积炉中 气态碳氢化合物前驱体通过扩散、 流动等方式进入预成型体内部
气体在高温下裂解生成热解 炭并沉积在炭纤维的表面
热解炭层增厚，预成型体内的孔隙变小， 最终热解炭重叠毗连构成连续相基体炭。
C/C复合材料的性能
能载水平高；为粉末冶金金属基刹车材料的三倍左右
美国空军B-1B轰炸机
法国阵风战斗机
瑞典鹰师
三、C/C复合材料在刹车盘上的应用
随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加， 飞机着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的 要求，C/C复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦 性能好，用它制作刹车片己广泛用于高速军用飞机中。同 时，采用C/C复合材料刹车盘，空中客车A300-600可减重 590kg，A300及A340可减重998kg，并且其使用寿命可以 大大提高，延长刹车盘的更换周期。
第四阶段，八十年代中期到现在，为C/C复 合材料全面推广应用时期。
主要目标是提高C/C复合材料性能，降低成本，为此人们对其致密化 技术进行了深入的研究。 美国达信特种材料快速致密化(RD)工艺，使制备C/C复合材料刹车盘 的时间减少了100倍，这项专利能够在8h内生产出直径33cm的刹车盘。 美国佐治亚理工大学在美国空军的支持下改进制备C/C复合材料的方 法，研究了强制气体流动/热梯度气体渗入法，使C/C复合材料的沉积 速率提高了30倍。
为制取高强度和高模量CF开辟了新的途径。 在应用方面，美法等国制定了“运载火箭材料计划”、“为C/C喷管
寻找机会计划”等一系列以C/C复合材料为基础的应用开发计划。
第二阶段，六十年代中期到七十年代中期，随着 C/C复合材料开发研究的逐步深入，进入了工程 研究阶段。
1966年，LVT空间公司己将C/C复合材料用于阿波罗宇宙飞船控制舱光学仪 器的热防护罩和x一20飞行器的鼻锥。 1969年，日本东丽公司研究成功特殊的共聚PAN纤维，并结合美国Union Carbide公司的碳化技术，生产出高强度、高模量的CF，有力地推动了C/C复 合材料的发展。 1971年桑迪亚试验室制备的C/C复合材料飞行器再入头锥已成功地获得应用。 1974年英国Dunlpo公司的航空分公司首次研制出了C/C复合材料飞机刹车盘， 并在协和号超音速飞机上试飞成功，使每架飞机重量可以减轻544kg，刹车 盘的使用寿命提高了5一6倍。
五、C/C复合材料在生物医学领域的应用
碳/碳复合材料作为生物医用材料，主要具有以下优点：
1)生物相容性好，整体结构均由碳构成，机体组织对其适应性好；
2)在生物体内稳定、不被腐蚀，也不会象医用金属材料由于生理环境的 腐蚀而造成金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变；
3)具有良好生物力学相容性，与骨的弹性模量十分接近，可减弱由假体
第三阶段，七十年代中期到八十年代中期为先进
的C/C复合材料时期。
C/C复合材料的各项研究进一步深入开展，坯体织物的结构设计及多向织物 加工技术的成熟，成功地解决了C/C复合材料的各向异性问题，并通过正确 选取和设计增强织物来满足复杂结构的需要。 对C/C复合材料的力学性能、物理性能、抗氧化性能及制备工艺进行了大量
密度小；﹤1.9g/cm3 ，为钢铁的1/ 4
耐高温；能在1650 ℃下长期工作,且不变形、无粘结 摩擦磨损性能好；经适当的石墨化处理后具有良好的自润滑性能，
磨损率仅为金属基/ 钢摩擦偶的1/ 5
使用中不会产生环境污染； 刹车过程平稳； 其它；导热系数、热容高，散热快，热膨胀小，抗热震性好，可超
第七章 碳／碳复合材料
碳／碳复合材料航空刹车成品
固体火箭发动机
固体火箭发动机( SRM) 的喷管
人造骨
直拉硅单晶炉
C/C复合材料的诞生源自偶然
1958年美国chance一vought航空公司科研人员在 测定C纤维增强酚醛树脂基复合材料中的 C纤维含量时， 由于实验过程中的操作失误，聚合物基体没有被氧化， 反而被热解，意外地得到了C/C复合材料。 在美国空军的宇宙飞船 Dyna 一 Soar 计划和 NASA 的阿波罗计划中得到了发展。
四、C/C复合材料在工业制造领域的应用
C/C复合材料还广泛应用于工业制造领域中。如： C/C复合材料可取代石棉应用于玻璃制造领域；
大多数陶瓷、高温金属和合金在750℃以上强度都会下降，
在这种条件下就需要用C/C复合材料制成的螺栓。
C/C复合材料可以制造高温热压模具、高温热压管道、高
温电炉加热元件等。
化合物裂解得到，其的微观结构可分为光学粗糙层结构 (RL) 、光滑层结构(SL) 和各向同性结构( ISO) 等3 种类型。
二、浸渍碳
浸渍碳主要由沥青和树脂组成。其中沥青主要采用天 然沥青和煤沥青，而树脂则可采用热固性树脂，也可采用 热塑性树脂。
常用的热固性树脂有：酚醛、呋喃、糠醛、糠酮和聚
酰亚胺等；热塑性树脂有：聚醚醚（PEEK）、聚芳基乙 炔、聚苯并咪唑等。其中用量最多的是酚醛和呋喃类树脂。
波音公司计划推出新一代高速宽体客机“音速巡洋舰”包括机翼等大 部分结构件采用C/C复合材料，减轻重量，使新型飞机的飞行速度提 高15%~20%。
“B-1B”、“阵风”等战斗机，大面积采用C/C复合材料以符合其飞行
机动性强的要求；
”鹰师”是一种轻型战斗机，为了实现其敏捷、灵活的飞行特点，在 其方向舵、副翼、机翼蒙皮等多种结构件采用C/C复合材料。 对于现代高性能的超音速运输机、垂直起落飞机和战斗机，其重量的 节约所带来的好处非常明显。因此C/C复合材料在这些飞机上的应用 倍受重视。
载使用，抗热冲击性能好、耐烧蚀性好，高温强度稳定
碳/碳复合材料的应用
由于C/C复合材料具有耐高温、低密度、高比强度和 比模量及耐腐蚀等诸多优异的性能，并且兼具结构材料和 功能材料的双重特性，因而自其被发明以来，就得到了各 国军方的高度重视，首先应用于军事领域，在航天、航空 等领域得到了迅速的应用与发展。近年来，随着C/C复合
Ｃ纤维的增强织物结构
化学气相沉积（CVD）
chemical vapor deposition
CVD法始于20世纪60年代，它是利用烃类如，甲烷、
丙烷、苯及其低分子量的碳氢化合物，在高温下热解产生
碳沉积在预成型体孔内，从而制备C/C复合材料。
CVD工艺过程包括很多方法，如等温CVD法、压力梯 度法、温度梯度CVD法、脉冲CVD法及等离子增强CVD 法等。
C/C复合材料组成
碳/ 碳(C/ C) 复合材料：是炭纤维增强炭基体复合
材料的简称，结合了复合材料良好的力学性能、
可设计性及炭质材料优异的高温性能, 兼有结构材
料与功能材料的特性；
基体：可分为热解炭(CVD 炭) 和浸渍炭两种 增强材料：C纤维或者石墨纤维；
一、热解碳结构
热解碳：是通过使甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯等碳氢
碳/碳复合材料的发展
第一阶段，从C/C复合材料的发明到上世纪六十 年代中期为开发阶段。
1958年，美国Union Carbide公司用人造丝(再生纤维素)及其织物进行
了碳纤维及碳织物的工业生产，并以商品形式出售产品。 1959年，进藤昭男用纯聚PAN纤维制得了CF。
1964年英国皇家航空研究所(RAE)，在预氧化过程中对纤维施加张力，
技术的不断成熟和发展，其成本逐年下降，使其向民用领
域的推广应用逐渐成为现实。
一、C/C复合材料在火箭发动机上的应用
C/C复合材料是耐温最高的材料，其强度随温度的升
高而增加，在2500℃左右达到最大值，同时它具有良好的
抗烧蚀性能和抗热震性能，可耐受高达10000℃的驻点温 度，在非氧化气氛下其温度可保持到2000℃以上。所以 C/C复合材料已成功的用在导弹鼻锥，航天飞机头锥和机 翼前缘，火箭发动机喷管喉衬等部位。
前景。
谢谢！
飞机的控制翼面、横尾翼、机翼是C/C复合材料在蒙皮上的广泛应用 场合。 “3-11airbus”客机上用C/C复合材料增强金属梁制做乘客台面横向支 持件。 1kgC/C复合材料可以代替3kg铝合金，仅此一项一架飞机可节约结构 重量几百公斤。 当今世界最长的远程宽体客机A340-600使用C/C复合材料制做后密封 框。
应力遮挡作用所起的骨吸收等并发症； 4)强度高、耐疲劳、韧性好，并可以通过结构设计，对材料性能进行调
整以满足特定的力学要求。
实例：表面改性
由于优异的生物相容性与潜在的力学相容性，碳/碳复