炭炭复合材料基本知识
炭炭复合材料界面
炭/炭复合材料中的界面现象1前言炭/炭复合材料是由炭纤维增强炭基体组成的一系列合成的纯炭材料。
自1958年偶然诞生以来就成为复合材料和炭素材料家族中的重要一员，并受到美国空军空间飞行计划、航空航天局阿波罗计划的资助。
但直到航天飞机计划才真正开始进行炭/炭复合材料的大量研究。
炭/炭复合材料具有高比强和刚性、导热性能好、热膨胀系数小、抗热震性好，经抗氧化处理后基本能满足上述要求。
由于炭/炭复合材料密度小和优良的摩擦磨损性能以及与生物体的相容性，其应用领域得到拓展，如用作航空刹车、生物材料等。
炭/炭复合材料由炭纤维和炭基体组成，虽然两个组元都是一种元素碳，但由于每一组元的状态都可由炭向石墨结构变化而导致复合材料的行为非常复杂。
2 C/C复合材料中界面现象界面，从晶体几何学的观点看，是三维晶格周期性排列从一种规律转变为另一种规律的几何分界面，而在物理学中，则将界面定义为两个块体相间的过渡区。
这个过渡区可以是一个或多个原子层，其厚度因材料而各异。
界面是炭/炭复合材料的重要微结构，它是炭纤维和基体炭间连接的“纽带”，是应力和其它信息传递的“桥梁”，其结构和性能直接影响到复合材料的物理、化学和力学性能，因此，复合材料界面的重要性得到广泛认同。
界面的机能可以归纳为以下几种效应：(l)传递效应界面能够传递力，即将外力传递给增强体，起到增强体与基体间的桥梁作用；(2)阻断效应结合强度适中的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用;(3)不连续效应界面是由两相的表面层及两相间相互作用深入到两相内部一定范围的区域组成，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)散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等;(5)诱导效应一种物质(通常是增强体)的表面结构使另一种(一般是基体)与之接触物质的结构由于诱导作用而发生改变，从而产生一些新的现象和特征，如强的弹性、低的膨胀性、耐热冲击性等。
炭炭复合材料_热导率_测定_概述及解释说明
炭炭复合材料热导率测定概述及解释说明1. 引言1.1 概述：炭炭复合材料是一种具有特殊结构和性能的材料，在热导率方面具有重要应用价值。
热导率是指材料传导热量的能力，它在许多领域中起着关键作用，例如电子器件散热、节能建筑等。
因此，了解炭炭复合材料的热导率及其测定方法对于进一步探索其性能和应用具有重要意义。
1.2 文章结构：本文将从几个方面对炭炭复合材料的热导率进行概述和解释说明。
首先，我们将介绍炭炭复合材料的定义和特点，包括其组成成分、微观结构及物理性质等方面。
其次，我们将详细探讨制备方法，包括碳化工艺、压制工艺等，并对各种方法进行比较和分析。
接着, 将介绍该材料在不同领域的应用情况，并阐述其优势和潜在问题。
然后，我们将给出关于测定方法的概述，包括测量原理、实验装置以及数据处理方法等内容。
1.3 目的：本文的目的是全面概述和解释炭炭复合材料的热导率及其测定方法，以促进人们对该特殊材料性能的深入了解。
通过本文的阐述，读者可以更好地理解炭炭复合材料的制备工艺、特性以及应用领域，并掌握相关测定方法。
此外，我们也希望能够为未来在该领域的进一步研究提供一些有益的启示和展望。
以上便是文章“1. 引言”部分内容撰写完毕。
2. 炭炭复合材料2.1 定义和特点炭炭复合材料是由炭素和石墨颗粒等碳质材料组成的复合材料。
它具有优异的导电性、高温稳定性、耐腐蚀性和机械强度，在多个领域都有广泛的应用。
2.2 制备方法炭炭复合材料的制备方法主要包括浸渍法、化学气相沉积法和压力过滤法等。
其中，浸渍法是最常用的方法之一。
该方法首先制备出具有良好孔隙结构的碳棉基体，然后通过浸渍方式将聚合物树脂或沥青渗透到碳棉中，最后经过高温热解处理得到了炭炭复合材料。
2.3 应用领域由于其导电性能好且能耐受高温环境，在航空航天、电子器件、汽车工业以及能源领域等都有广泛应用。
在航空航天领域，炭炭复合材料被广泛应用于导电件和隔热部件；在电子器件中，它可以用作散热材料，提高器件的散热效果；在汽车工业中，炭炭复合材料被应用于制动系统和发动机零部件等高温高压环境下的部件；而在能源领域，炭炭复合材料可用于核电站中的导热管道和隔热元件。
碳碳复合材料热容-概述说明以及解释
碳碳复合材料热容-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以按照以下方式来进行撰写：1.1 概述碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基基质构成的材料，具有轻量化、高强度、高温性能良好等优点，广泛应用于航空航天、汽车和电子等领域。
近年来，随着科技的不断发展，碳碳复合材料的热容性能逐渐受到人们的重视。
热容是指物质在吸收或释放热量过程中的温度变化能力，是评估材料热学性能的重要指标之一。
对于碳碳复合材料而言，其热容性能直接关系到其在高温环境下的稳定性和耐久性。
因此，研究碳碳复合材料的热容性能对于优化材料设计和提高材料性能具有重要的意义。
本文将对碳碳复合材料的热容性能进行全面的描述和分析。
首先，将介绍碳碳复合材料的定义和特点，包括其制备工艺、结构特征以及热学性能等方面的内容。
然后，将着重分析碳碳复合材料在高温环境下的热容性能，探讨其受热过程中温度变化规律以及热容值的计算方法。
最后，将总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，并展望未来研究方向，以期为碳碳复合材料的制备和应用提供科学的依据和指导。
通过对碳碳复合材料热容性能的深入研究，可以对该材料的高温应用能力和性能进行更加准确的评估，并为其在未来的研究和应用中提供参考和指导。
同时，对于碳碳复合材料以及其他相关研究领域的学者和科研人员也具有一定的参考价值。
在研究过程中，我们将通过综合运用理论分析和实验验证相结合的方法，力求全面准确地揭示碳碳复合材料的热容性能，以期为相关领域的深入研究和应用提供一定的理论和实践指导。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要通过以下几个方面对碳碳复合材料的热容进行探讨和分析。
首先，对碳碳复合材料的定义和特点进行介绍，以便读者能够对该材料有一个基本的了解。
其次，将重点关注碳碳复合材料的热容性能，探究其在热学方面的表现和应用。
最后，通过总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，以及展望碳碳复合材料热容性能的未来研究方向，来对文章进行一个总结和展望。
碳碳复合材料概述
碳碳复合材料概述第一篇：碳碳复合材料概述碳/碳复合材料碳/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。
炭纤维复合材料
炭纤维复合材料
炭纤维复合材料是一种由炭纤维和基体材料组成的复合材料。
其性能优异，具有高强度、高刚度、低密度、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、能源、体育器材等领域。
首先，炭纤维具有高强度和高刚度的特点。
炭纤维的拉伸强度达到了3000-7000MPa，比一般金属材料的强度高数倍。
炭纤
维的刚度也非常高，其弹性模量可达到300-550GPa，是钢材
的两倍以上。
因此，采用炭纤维复合材料可以实现轻量化设计，减少结构重量，提高载荷能力。
其次，炭纤维复合材料具有低密度的特点。
炭纤维的密度很低，约为1.7-2.0g/cm³，约为钢材的四分之一。
这意味着采用炭纤
维复合材料可以在保证强度和刚度的前提下减轻结构重量，降低能耗，提高运载能力。
此外，炭纤维复合材料具有良好的耐高温性能。
炭纤维的熔点高达2500℃以上，且在高温下仍然保持其强度和刚度。
这使
得炭纤维复合材料可以在高温环境中使用，例如航空发动机喷气管道、航天器热防护材料等。
最后，炭纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
炭纤维的化学稳定性好，不易受酸碱等物质的侵蚀。
因此，炭纤维复合材料可以在腐蚀性环境下使用，例如化工设备、海洋工程等。
总之，炭纤维复合材料具有高强度、高刚度、低密度、耐高温、
耐腐蚀等优点，被广泛应用于各个领域。
随着科技的进步和工艺的改进，炭纤维复合材料的性能将继续提升，其应用范围也会更加广泛。
炭炭复合材料制备详解
C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。
优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。
缺点：非轴向力学性能差，破坏应变低，空洞含量高，纤维与基体结合差，抗氧化性能差，制造加工周期长，设计方法复杂。
二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。
技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。
影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。
工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。
接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。
温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。
二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。
热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。
浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。
渗碳方法：化学气相沉积法。
基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。
化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。
炭炭复合吸波材料
炭炭复合吸波材料引言：随着无线通信技术和雷电防护技术的不断发展，对于吸波材料的研究与应用日益重要。
炭炭复合吸波材料作为一种新型吸波材料，具有优异的吸波性能和较宽的工作频带，因此备受关注。
本文将从炭炭复合吸波材料的原理、制备方法、吸波性能以及应用前景等方面进行探讨。
一、炭炭复合吸波材料的原理炭炭复合吸波材料是将炭材料与炭纤维复合而成的一种吸波材料。
其原理主要包括两个方面：炭材料的导电性和炭纤维的多孔性。
炭材料具有良好的导电性能，可以吸收电磁波的能量。
当电磁波作用在炭材料表面时，电磁波能量会转化为热能，从而实现吸波效果。
炭纤维具有多孔结构，可以增加材料的表面积，提高吸波效果。
多孔结构可以使电磁波在材料中多次反射、散射和吸收，从而增加吸波效果。
二、炭炭复合吸波材料的制备方法常用的炭炭复合吸波材料制备方法主要包括混合、浸渍和热压等。
其中，混合法是将炭材料和炭纤维按一定比例混合均匀，然后进行热压成型。
浸渍法是将炭纤维浸渍在炭材料中，然后进行热压成型。
热压法是将炭材料和炭纤维堆砌在一起，然后进行热压成型。
这些方法制备出的炭炭复合吸波材料具有较好的吸波性能和工艺性能，可以满足不同领域的需求。
三、炭炭复合吸波材料的吸波性能炭炭复合吸波材料具有优异的吸波性能，其主要表现在以下几个方面：1. 宽工作频带：炭炭复合吸波材料的工作频带一般为几百兆赫兹到几十吉赫兹，能够满足不同频段的吸波需求。
2. 高吸波率：炭炭复合吸波材料的吸波率一般在90%以上，能够有效地吸收电磁波的能量。
3. 低反射率：炭炭复合吸波材料的反射率一般在10%以下，能够减少电磁波的反射，降低电磁波的干扰。
四、炭炭复合吸波材料的应用前景炭炭复合吸波材料具有广阔的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 通信领域：炭炭复合吸波材料可以用于制作天线罩、天线反射器等，提高通信设备的性能和抗干扰能力。
2. 雷电防护领域：炭炭复合吸波材料可以用于制作雷达罩、雷达反射器等，有效地减少雷电对设备的干扰和破坏。
炭纤维复合材料
炭纤维复合材料炭纤维复合材料是一种由炭纤维和树脂等基体材料组成的复合材料。
炭纤维具有高强度、高模量、低密度和耐高温等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、运动器材、建筑和其他领域。
本文将介绍炭纤维复合材料的制备工艺、性能特点和应用领域。
首先，炭纤维复合材料的制备工艺包括原料准备、预浸料制备、层叠成型和固化工艺。
原料准备阶段包括炭纤维和树脂基体材料的选择和配比，通常采用环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂作为基体材料。
预浸料制备阶段是将炭纤维与树脂基体材料预先混合，形成预浸料，以便后续成型工艺。
层叠成型阶段是将预浸料铺放在模具中，按照设计要求进行层叠，形成所需形状。
固化工艺是将层叠好的预浸料放入固化炉中进行固化，使树脂基体材料固化成型，形成最终的炭纤维复合材料。
其次，炭纤维复合材料具有优异的性能特点。
首先是高强度和高模量，炭纤维本身具有很高的强度和模量，与树脂基体材料复合后，可以进一步提高其强度和模量，使得炭纤维复合材料具有很高的抗拉强度和弹性模量。
其次是低密度，炭纤维复合材料相比金属材料具有更低的密度，可以减轻结构重量，提高使用效率。
再次是耐高温性能，炭纤维具有良好的耐高温性能，可以在高温环境下长时间稳定工作，因此被广泛应用于航空航天领域。
另外，炭纤维复合材料还具有良好的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，适用于复杂恶劣环境下的使用。
最后，炭纤维复合材料在航空航天、汽车、船舶、运动器材、建筑等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，炭纤维复合材料被用于制造飞机机身、飞机翼、航天器等结构件，以减轻结构重量、提高飞行性能。
在汽车领域，炭纤维复合材料被用于制造汽车车身、座椅、发动机罩等部件，以提高汽车的燃油经济性和安全性。
在船舶领域，炭纤维复合材料被用于制造船体、船舱、船桨等部件，以减轻船舶重量、提高航行速度。
在运动器材领域，炭纤维复合材料被用于制造自行车、高尔夫球杆、网球拍等器材，以提高产品性能。
在建筑领域，炭纤维复合材料被用于制造建筑结构件、装饰材料等，以提高建筑的抗风抗震性能。
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CC复合材料
姚祥瑞
1
目录
定义
性能
制备工艺
发展前景及用途
2
一 定义
碳/碳复合材料是复合材料的一种 ,它是以碳为基体 ,由碳纤维或其制品(碳毡或碳布)增
强的复合材料.
3
二 性能
它兼有碳的惰性和碳纤维的高强度 ,具有良好的机械性能、 耐热性、 耐腐蚀性、 磨擦
减振特性及热、电传导特性等特点.而且 ,其质轻 ,比强度和比弹性模量都很高 ,更重要的是
这种材料随着温度的升高(可达2 200 ℃)其强度不降低 ,甚至比室温条件下还高。
4
三 制备工艺
制备碳/碳复合材料主要步骤为:
预制体成型 → 致密化处理 → 最终高温热处理
5
3.1
预制体成型
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.例如 ,对重要的结构选用高强度、 高模量纤维.对要求导热系数低的则选用低模量炭纤
维 ,如粘胶基炭纤维
成型方法为用短纤维增强: (1) 压滤法; (2) 喷涂法; (3) 热压法; (4) 浇注法
用连续长纤维增强: (1) 预浸布层压、 铺压、 缠绕等做成层压板、 回转体和异形薄
壁结构; (2) 编织技术.
6
3.2
致密化处理
成型后的预制体含有许多孔隙,密度也低 ,不能直接应用 ,须将炭沉积于预制体 ,填满
其孔隙 ,才能成为真正的结构致密、 性能优良的碳/碳复合材料 ,此即致密化过程.传统的致
密化工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积(CVI)两种.
7
3.3
液相浸渍工艺
液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行.
重复浸渍 — — — 炭化 — — — 石墨化 ,达到致密预制体.此工艺存在问题是:
(1) 工艺繁复、 周期长、 效率低;
(2) 液体难以浸渍到预制体微孔中;
(3) 有些浸渍液在常压和减压下炭化收率低 ,必须加压
(4) 有些浸渍液炭化时粘附性过好 ,易于阻塞气孔口 ,难 以达到致密要求 ,如树脂
8
化学气相沉积(Chemical Vapor Infiltration ,简称 CVI)工艺.有的文献称化学气相沉积工艺是
最早采用的一种致密化方法 ,其工艺过程如图2所示.主要原理是利用碳氢化合物气体在高
温下分解并沉积炭于预制体.与液相浸渍工艺相比 ,化学气相沉积工艺不仅过程便于精确控
制 ,而且所制备的材料还具有结构均匀、 完整、 致密性好、石墨化程度高等优点.目前国外
主要用等温 CVI法生产碳/碳复合材料刹车盘.
3.4
9
常规化学气相沉积方工艺(等温法)仍有许多不足:由于受到气相扩散速率和表面反应速率的
制约 ,在一个较窄的工艺条件下进行.因此 ,对沉积炭显微组织的选择余地有限 ,得到的通常
为光滑层(S L)组织 ,要想提高沉积炭温度 ,以得到粗糙层(RL)炭 ,则又易形成表面的气孔堵
死 ,以及表层和里层的密
度差提高[6 ].同时 ,等温 CVI制备碳/碳复合材料周期长(约 1 000 - 1 500 h) 、 原料气利用率
低( < 5 %) ,需要数次石墨化和机加工 ,需用大量高能耗的贵重设备 ,成本很高
3.4
10
11
(1) 因其良好的生物相容性 ,在生物医学方面 ,可作人体骨骼的替代材料 ,比如人工髋
关节、 膝关
节、 牙根等.
(2) 汽车、 赛车的制动系统.
(3) 在核反应堆中制造无线电频率限幅器.
(4) 利用其高导电率和很高尺寸稳定性 ,制造卫星通讯抛物面无线电天线反射器.
(5) 用碳/碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道 ,其寿命可提高100倍以上.
(6) 制作高温紧固件.在700 ℃ 以上 ,金属紧固件强度很低 ,而碳/碳复合材料在高温下
呈现优异承
载能力 ,可作高温下使用的螺栓、 螺母、 垫片等.
四 发展趋势及应用
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(7) 制作热压模具和超塑性加工模具.在陶瓷和粉未冶金生产中采用碳/碳复合材料制作热压
模
具 ,可减少模具厚度 ,缩短加热周期 ,节约能源和提高产量;用碳/碳复合材料制作钛合金超
塑性加工模
具 ,因其低膨胀性和钛合金的相容性 ,可提高成型效率 ,并减少成型时钛合金的折叠缺陷.
(8) 制作加热元件.与传统的石墨发热体强度低、 脆 ,加工与运输困难相比 ,碳/碳复合
材料的强度
高 ,韧性好 ,可减少发热体体积 ,扩大工作区.
(9) 作高温真空炉内衬材料 ,以及化工防腐蚀管道及零部件等
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