C_C复合材料在火箭发动机上的应用
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) 。
碳-碳复合材料
端的能量消耗在碳纤维的周围区域，碳纤维仍能继续承受
载荷，从而呈现非脆性断裂方式。
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热学及烧蚀性能
抗热冲击能力很强，不仅可用于高温环境，而且适合温 度急剧变化的场合。 其比热容高，这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应 用场合非常有利。 C/ C复合材料是一种升华-辐射型烧蚀材料，且烧蚀均 匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热，可阻止热流传 入飞行器内部。 C/ C复合材料被广泛用作宇航领域中的烧蚀防热材料。
石墨化是炭/ 炭(C/ C)复合材料制备过程中最重要的工序之 一，石墨化度是决定该材料性能的重要结构参数。
利用 XRD 所测得的石墨层间距 d002 与理想石墨的层间距 ( 0. 3354 nm)的相对差异来表示材料的石墨化度。
16
氧化保护
抗高温氧化涂层
抑制剂法
17
在不牺牲碳/碳复合材料良好的材料学性能的同 时，尽可能地提高涂层抗氧化温度。
先进材料的制备及加工技术
江苏大学材料科学与工程学院
1
第五讲 纳米复合材料
5.1 概述
5.2 聚合物基纳米复合材料
5.3 陶瓷基纳米复合材料
5.4 金属基纳米复合材料
5.5 纳米复合材料的应用
2
第六讲 碳/碳复合材料
6.1 概述 6.2 制造工艺
6.3 性能特点
6.4 应用
3
6.1 概述
21
力学性能
C/ C复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的种类、取向、
含量和制备工艺等。
单向增强的 C/ C复合材料，沿碳纤维长度方向的力学性能 比垂直方向高出几十倍。
cc复合材料
cc复合材料
CC复合材料。
CC复合材料是一种由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的新型材料，
具有优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。
它的出现不仅提高了产品的性能和质量，还大大降低了生产成本，具有广阔的发展前景。
首先，CC复合材料具有优异的机械性能。
相比于传统材料，CC复合材料的强
度和刚度更高，同时具有较低的密度，因此在航空航天领域得到了广泛应用。
它不仅可以减轻飞机、火箭等载具的重量，还能够提高其飞行速度和燃油效率，降低运行成本，为航空航天事业的发展做出了重要贡献。
其次，CC复合材料具有优异的耐腐蚀性能。
在海洋工程、化工设备等领域，
材料常常需要长期暴露在潮湿、腐蚀性环境中，传统材料容易受到腐蚀而失效，而CC复合材料能够很好地抵抗腐蚀，保持稳定的性能，因此在这些领域有着广泛的
应用前景。
另外，CC复合材料还具有优异的导热性能和电磁性能。
在电子产品、通信设
备等领域，要求材料具有良好的导热和屏蔽性能，以保证设备的正常运行和通信质量，而CC复合材料能够满足这些要求，因此在这些领域也有着广泛的应用。
总的来说，CC复合材料具有优异的综合性能，被广泛应用于各个领域，为相
关行业的发展带来了巨大的推动力。
随着科技的不断进步和材料工艺的不断改进，相信CC复合材料的应用领域会越来越广，性能会越来越优越，为人类创造出更多
的奇迹。
航天飞行新材料的应用介绍
(2) 金属基复合材料
以金属或合金为基体、并以纤维、晶须、 颗料等为增强体。按所用的基体金属和增强体 的不同，使用温度范围约在 300 ～ 1200 ℃。高 比强度、比刚度、良好韧性和塑性、低膨胀系 数、良好的导电和导热性、抗辐射、抗激光及 制造性能好，在太空环境不放气，能在较高温 度（200～800℃）工作。用于先进载人器的起 落架等 机身辅助结构以及惯性器件和仪表
歼 机 体 制 造 中 使 用 大 量 钛 合 金 材 料 -11
形状记忆合金在 太空自然恢复原 状
（4）隐身材料应用：纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波
长，因此纳米微粒对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就 大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号 变得很微弱，从而达到隐身的作用；纳米微粒材料的比表面积比 常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规 材料大得多，使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降 低，起到了隐身作用。
2、新材料之陶瓷
新型陶瓷材料 结构图
陶瓷基复合材料 纤 维 陶 瓷
结构陶瓷
陶瓷基复合材料
1.定义：陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤
维复合的一类复合材料 。
2.优点：耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、
抗腐蚀等
3.缺点：具有脆性 4.应用：航天航空器、火箭发动机、导弹、
未来航空发动机及其材料
应用复合材料的飞机 F-18战斗机
TAG公司 推出全复 合材料机 体无人直 升机
1. 新材料之碳/碳纤维复合材料（CFRP）
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维， 其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳 纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩 擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料 不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可 加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强
CC复合材料优秀文档
沥青浸渍碳通常于低压或常压下残余碳，因而产碳率 热解碳原料来源丰富，质量可靠，品种多，且成本低，选材范围广。
C/C复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。
选材范围广。
9.2 C/C复合材料的制备
成型方法很多，其工艺过程大致归纳为以下几种
方法： C/C复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。
热热热基脂C热但碳但碳CCC树C但热热碳基 脂碳但CC碳2碳///////解解解体或解是纤是纤脂是解解/体或/是纤/CCCCCCCC碳 碳 碳复 复 复 复 复 复 复/碳 碳 碳 材 沥 碳 C维 C维 浸 C碳 碳 材沥 C维C复复复合合合合合合合////复CCCC原原原料青原成成渍原原料 青成合合合复复复复材材材材材材材合料料料分经料型型碳料料分 经型材材材合 合 合 合料料料料料料料材来来来为碳来物物是来来为 碳物料料料还材材还还还还材材还还料碳碳碳源源源热化源（（经源源热 化（是是是纤具料料具具具具料料具具的丰丰丰解或丰碳碳高丰丰解 或碳由由由纤布纤有不不有有有有不不有有制富富富碳石富毡毡温富富碳 石毡维各各各优能能优优优优能能优优备维、维，，，与墨，、、生，，与 墨、种种种与异在在异异异异在在异异质质质浸化质碳碳成质质浸化碳碳碳碳成碳多的氧氧的的的的氧氧的的量量量渍制量布布的量量渍 制布树纤纤纤耐化化耐耐耐耐化化耐耐型纤向可可可碳得可、、，可可碳 得、维维维脂摩性性摩摩摩摩性性摩摩靠靠靠两。靠碳碳通靠靠两 。碳或或或物维编擦气气擦擦擦擦气气擦擦，，，种，纤纤常，，种 纤预各各各性氛氛性性性性氛氛性性（缠织品品品，品维维产品品， 维种种种浸能中中能能能能中中能能种种种热种缠缠碳种种热 缠碳碳碳碳绕物和耐耐和和和和耐耐和和多多多解多绕绕率多多解 绕料织织织高受受高高高高受受高高毡、），，，碳，、、较，，碳 、物物物的高高的的的的高高的的且且且主且碳碳高且且主 碳增增增、热温温热热热热温温热热成成成要成纤纤，成成要 纤强强强导 ， ， 导 导 导 导 ， ， 导 导本本本是本维维但本本是 维碳碳碳率因因率率率率因因率率低低低甲低多多难低低甲 多,,,或或或，此此，，，，此此，，，，，烷，向向以，，烷 向石石石使关关使使使使关关使使选选选、选编编石选选、 编树墨墨墨其于于其其其其于于其其材材材乙材织织墨材材乙 织化化化脂在在在在在在在CCCC范范范烷范物物化范范烷 物热////的的的飞飞飞飞飞飞飞CCCC围围围、围）），围围、 ）或复复复复树树树压机机机机机机机广广广丙广且广广丙合合合合脂脂脂沥、、、、、、、。。。烷。电。。烷制材材材材碳碳碳汽汽汽汽汽汽汽和阻和青料料料料(((坯车车车车车车车或或或乙率乙的的的的浸刹刹刹刹刹刹刹沥沥沥烯高烯抗抗抗抗车车车车车车车青青青以，以渍氧氧氧氧片片片片片片片)))及热及以以以化化化化和和和和和和和低导低及及及研研研研轴轴轴轴轴轴轴分率分化化化究究究究承承承承承承承子差子学学学是是是是等等等等等等等芳，芳气气气一一一一方方方方方方方烃最烃相相相个个个个面面面面面面面等终等沉沉沉重重重重得得得得得得得碳组生组积积积点点点点到到到到到到到成 成 成(((化内内内内CCC应应应应应应应，的，VVV容容容容用用用用用用用DDD经石经。。。。)))。。。。。。。碳碳碳高墨高所所所温为温形形形裂各裂成成成解向解的的的生异生CC复复复成性成V/合合合碳的碳CD材材材，。，复渗料料料浸浸合透。。。渍渍碳碳材是是料树树
掺杂改性C_C复合材料研究进展
第30卷第11期2011年11月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.30No.11Nov.2011特约专栏收稿日期:2011－09－24通信作者:崔红，女，1969年生，研究员，博士生导师掺杂改性C /C 复合材料研究进展崔红，闫联生，刘勇琼，张强，孟祥利(西安航天复合材料研究所，陕西西安710025)摘要:陶瓷掺杂改性碳/碳(C /C )复合材料在保持C /C 复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下，显著提高了C /C 复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能，且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势，是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。
综述了国内外在SiC 陶瓷掺杂改性C /C 复合材料，ZrC ，ZrB 2超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料以及TaC ，HfC 超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料等方面的最新研究进展和应用情况，并分析了陶瓷掺杂改性C /C 复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。
关键词:高温材料;C /C 复合材料;掺杂改性;抗氧化中图分类号:TB333文献标识码:A 文章编号:1674－3962(2011)11－0013－05Advances on Ceramic Hybird ModifiedCarbon /Carbon CompositesCUI Hong ，YAN Liansheng ，LIU Yongqiong ，ZHANG Qiang ，MENG Xiangli(Xi'an Aerospace Composite Material Institute ，Xi'an 710025，China )Abstract :Being the ideal candidate material for thermal protection parts in supersonic flight and the high performancerocket engine ，carbon /carbon composites modified by ceramic hybrid have good oxidation and ablation resistance ，design-ability ，good thermal shock resistance as well as the inherent unique comprehensive properties ，such as excellent mechani-cal properties and dimensional stability at high temperature．The present status of research and application of carbon /car-bon composites modified by the SiC ceramics and ZrC ，ZrB 2，TaC ，HfC ultrahigh temperature ceramics were summarized．The existing problems and the potential development direction on the investigation of the ceramic hybrid modification C /C composites were also proposed．Key words :high temperature materials ;carbon /carbon composites ;hybird modification ;anti-oxidation1前言碳/碳(C /C )复合材料即碳纤维增强碳基体复合材料，是一种特别具有性能可设计性和抗热震性的先进复合材料，它以优异抗烧蚀性能、高比强度、高比模量、及高温下极好的力学性能和尺寸稳定性等一系列突出的特点，特别适合于需要材料具有较高物理性能和化学稳定性的高温环境下使用，已成功地在航空航天领域得到广泛应用，如航天器鼻锥、机翼前缘、固体火箭发动机(SRM )喉衬及扩张段和飞机刹车片等，C /C 复合材料是应航空航天领域的需要而开发的最成功的材料之一［1－2］。
碳碳复合材料的应用
碳碳复合材料的应用
碳碳复合材料是一种具有优异性能的新型材料，其在航空航天、汽车制造、电子产品等领域有着广泛的应用。
本文将就碳碳复合材料的应用进行介绍。
首先，碳碳复合材料在航空航天领域有着重要的应用。
由于碳碳复合材料具有高强度、高模量、耐高温等优异性能，因此被广泛应用于航天器的热结构件、导弹的导向系统、飞机的制动系统等方面。
其优异的性能使得碳碳复合材料成为航空航天领域不可或缺的材料之一。
其次，碳碳复合材料在汽车制造领域也有着重要的应用。
随着汽车工业的不断发展，对汽车材料的要求也越来越高。
碳碳复合材料具有轻质、高强度、耐磨损等特点，因此被广泛应用于汽车的制动系统、排气系统、车身结构等方面。
碳碳复合材料的应用不仅可以提高汽车的性能，还可以减轻汽车的重量，降低能耗，符合现代汽车工业的发展趋势。
此外，碳碳复合材料在电子产品领域也有着重要的应用。
由于碳碳复合材料具有优异的导热性能和电磁屏蔽性能，因此被广泛应用于电子产品的散热模块、EMI 屏蔽罩、天线支架等方面。
碳碳复合材料的应用可以提高电子产品的稳定性和可靠性，满足了电子产品对材料性能的要求。
总的来说，碳碳复合材料具有广泛的应用前景，在航空航天、汽车制造、电子产品等领域都有着重要的应用。
随着科技的不断发展，相信碳碳复合材料的应用领域还会不断扩大，为各行各业的发展提供更多可能性。
碳碳复合材料
★ 碳化率（焦化率）：希望碳化率高，提高效率； ★ 粘度：易于浸润碳纤维，并易于流入预制体孔隙； ★ 碳化后能否形成开孔形裂缝或孔隙； ★ 碳化后强度：碳化后收缩是否破坏预制体的结构； ★ 显微结构：是否有利于C/C复合材料的性能 ★ 价格：符合上述条件，价格越便宜越好。
预制体（Preform，或预成型体）是采用编织方式成 2维、3维或多维，带30～70％孔隙的碳纤维层、板、体 等形状。也可以用浸渍树脂或沥青的碳纤维直接进行编 织。有些是采用编织好的层状（2维）或碳毡迭层，并在 Z向进行穿刺制成碳纤维预制体。
总之，C/C复合材料的性能、形状取决于预制体的形 状和碳纤维的分布方式。
沉积碳是通过CVD/CVI将热解碳沉积在预制体碳纤维表 面，并不断沉积增厚。CVD/CVI工艺原理可有以下过程：
● 反应气体通过层流渗透进预制体孔隙（开孔），并沿着碳纤 维表面（沉积衬底）的边界层扩散；
● 纤维表面吸附反应气体，反应气体在沉积衬底上发生热解反应， 如甲烷，CH4（g） → C(s) + 2H2(g)；
第六章 碳/碳复合材料
（Carbon-Carbon Composites）
主要内容
一、碳/碳复合材料简介 二、碳/碳复合材料性能 三、碳/碳复合材料应用 四、碳/碳复合材料制备工艺 五、碳/碳复合材料组织及界面 六、碳/碳复合材料抗氧化性能 七、气相碳化在新能源中的应用
一、碳/碳复合材料简介
碳/碳复合材料（C/C）是复合材料大家族中的重要一员。
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。
高导热C_C复合材料的发展现状_孔清
收稿日期：2013－11－22基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划），“高导热碳/碳复合材料结构设计与实现机制”（2011CB605802）作者简介：孔清，1986年出生，硕士，主要从事C /C 复合材料的研究工作。
E －mail ：kongq703@163．com 通讯作者：冯志海，1965年出生，研究员，主要从事烧蚀防热复合材料的研究．E －mail ：fengzhh2006@sina．com高导热C /C 复合材料的发展现状孔清樊桢余立琼冯志海（航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076）文摘高导热C /C 复合材料具有高热导率、低密度、低热胀系数和高温下高强度等性能，成为近年来最具发展前景的散热材料之一。
本文综述了国内外高导热C /C 复合材料的发展现状，分析了C /C 复合材料的热物理性能及影响其热导率的因素，介绍了C /C 复合材料的导热机理、碳纤维、基体炭的导热性能，以及高导热C /C 复合材料的制备和改性等。
关键词C /C 复合材料，热导率，碳纤维，导热机理中图分类号：TQ342+．74DOI ：10．3969/j．issn．1007－2330．2014．01．002Progress of High-Thermal Conductivity Carbon /Carbon CompositesKONG QingFAN ZhenYU LiqiongFENG Zhihai（Science and Technology on Advanced Functional Composites Laboratory ，Aerospace Ｒesearch Institute ofMaterials ＆Processing Technology ，Beijing 100076）Abstract Carbon /carbon composites are attractive candidates for heat dissipation due to their high thermal con-ductivity ，low density ，low dilatability and excellent mechanical properties．The paper summaries the research anddevelopment of high-thermal conductive C /C composites domestic and overseas ，the thermophysical properties of C /Ccomposites and the factors affecting on thermal conductivity are discussed．The thermal conductive mechanism of C /Ccomposites ，carbon fibers and matrix carbon are introduced ，and the preparation and modification of C /C composites are also recommended．Key words C /C composites ，Thermal conductivity ，Carbon fiber ，Thermal conductive mechanism 0引言随着科学技术的迅猛发展，散热成为许多领域发展的关键技术。
碳碳复合材料
碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种具有优异性能的新型材料，它由碳纤维和碳基胶粘剂组成，经过高温热处理而成。
这种材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，因此在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着广泛的应用。
首先，碳碳复合材料具有极高的强度和硬度。
碳纤维本身就是一种高强度材料，而且经过特殊工艺制成的碳碳复合材料，在高温环境下依然能够保持其强度和硬度，因此在航空航天领域被广泛应用于制造飞机机身、导弹外壳等部件。
其次，碳碳复合材料具有优异的耐高温性能。
这种材料在高温环境下不会发生
软化、熔化等现象，因此被广泛应用于航空发动机、航天器热屏蔽结构等部件的制造。
它能够承受极高的温度，保证设备在极端环境下的正常运行。
另外，碳碳复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。
在恶劣的环境下，例如海水、
化学品腐蚀等，碳碳复合材料能够保持其原有的性能，不会发生腐蚀、氧化等现象，因此在船舶建造、化工设备制造等领域有着广泛的应用。
总的来说，碳碳复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，它在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着重要的地位。
随着科技的不断进步，碳碳复合材料的性能将会得到进一步提升，其应用范围也将会不断扩大。
相信在不久的将来，碳碳复合材料将会成为各个领域中不可或缺的材料之一。