碳碳复合材料概述VIP专享VIP免费

碳碳复合材料概述1概述碳／碳复合材料就是由碳纤维（或石墨纤维）为增强体,以碳（或石墨）为基体的复合材料,就是具有特殊性能的新型工程材料,也称为“碳纤维增强碳复合材料”。碳／碳复合材料完全就是由碳元素组成,能够承受极高的温度与极大的加热速率。它具有高的烧蚀热与低的烧蚀率,抗热冲击与在超热环境下具有高强度,被认为就是超热环境中高性能的烧蚀材料。在机械加载时,碳／碳复合材料的变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂。它的主要优点就是:抗热冲击与抗热诱导能力极强,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与刚度可保持不变,抗辐射,易加工与制造,重量轻。碳／碳复合材料的缺点就是非轴向力学性能差,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,缺乏破坏准则。1958年,科学工作者在偶然的实验中发现了碳／碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程研究人员的普遍重视。尽管碳／碳复合材料具有许多别的复合材料不具备的优异性能,但作为工程材料在最初的10年间的发展却比较缓慢,这主要就是由于碳／碳的性能在很大程度上取决于碳纤维的性能与谈集体的致密化程度。当时各种类型的高性能碳纤维正处于研究与开发阶段,碳／碳制备工艺也处于实验研究阶段,同时其高温氧化防护技术也未得到很好的解决。在20世纪60年代中期到70年代末期,由于现代空间技术的发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料的高温强度提出了更高要求,以及载人宇宙飞船开发等都对碳／碳复合材料技术的发展起到了有力的推功作用。那时,高强与高模量碳纤维已开始应用于碳／碳复合材料,克服碳／碳各向异性的编织技术也得到了发展,更为主要的就是碳／碳的制备工艺也由浸渍树脂、沥青碳化工艺发展到多种CVD沉积碳基体工艺技术。这就是碳／碳复合材料研究开发迅速发展的阶段,并且开始了工程应用。由于20世纪70年代碳／碳复合材料研究开发工作的迅速发展,从而带动了80年代中期碳／碳复合材料在制备工艺、复合材料的结构设计,以及力学性能、热性能与抗氧化性能等方面基础理论及方法的研究,进一步促进与扩大了碳／碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域的推广应用。尤其就是预成型体的结构设计与多向编织加工技术日趋发展，复合材料的高温抗氧化性能已达1700oC，复合材料的致密化工艺逐渐完善,并在快速致密化工艺方面取得了显著进展,为进一步提高复合材料的性能、降低成本与扩大应用领域奠定了基础。目前人们正在设法更有效地利用碳与石墨的特性,因为无论在低温或很高的温度下,它们都有良好的物理与化学性能。碳／碳复合材料的发展主要就是受宇航工业发展的影响,它具有高的烧蚀热.低的烧蚀率.在抗热冲击与超热环境下具有高强度等一系列优点,被认为就是超热环境中高性能的烧蚀材料。例如,碳／碳复合材料制作导弹的鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹的突防能力与命中率。碳／碳复合材料具有一系列优异性能,使它们在宁宙飞船、人造卫星、航大飞机、导弹、原子能、航空以及一般工业部门中都得到了日益广泛的应用。它们作为宇宙飞行器部件的结构材料与热防护材料,不仅可满足苛刻环境的要求,而且还可以大大减轻部件的重量,提高有效载荷、航程与射程。碳／碳复合材料还具有优异的耐摩擦性能与高的热导率,使其在飞机、汽车刹车片与轴承等方面得到了应用。碳与生物休之间的相容性极好,再加上碳／碳复合材料的优异力学性能,使之适宜制成生物构件插入到活的生物机体内作整形材料,例如:人造骨路,心脏瓣膜等。今后,随着生产技术的革新,产量进步扩大.廉价沥青基碳纤维的开发及复合工艺的改进,使碳／碳复合材料将会有更大的发展。2碳／碳复合材料的制造工艺最早的碳／碳复合材料就是由碳纤维织物二向增强的,基体由碳收率高的热固性树脂（如酚醛树脂）热解获得。采用增强塑料的模压技术,将二向织物与树脂制成层压体,然后将层压体进行热处理,使树脂转变成碳或石墨。这种碳／碳复合材料在织物平面内的强度较高,在其她方向上的性能很差,但因其抗热应力性能与韧性有所改善,并且可以制造尺寸大、形状复杂的零部件,因此,仍有一定用途。为了克...