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C/C 复 合 材 料 主要内容 一、C/C复合材料的概念 三、用途 四、制备工艺及展望 二、性能 C/C复合材料的概念---碳纤维增强碳基复合材料 它源于1958年，美国Chance－Vought公司由于实验室事故，在炭纤维树脂基复合材料固化时超过温度，树脂炭化形成C/C复合材料。 C/C复合材料在偏光下 的三种基本显微结构 碳 碳复合材料 增强碳纤维 基体碳 树脂碳 沥青碳 热解碳 C/C复合材料的性能 1．高温性能好：耐烧蚀 （3000℃ ）；耐高温（升华温度3800℃）；强度随温度的升高不降反升的独特性能，使其作为高性能发动机热端部件和使用于高超声速飞行器热防护系统。 2．低比重、高比强、高比模、低热膨胀系数。 3．耐热冲击、耐烧蚀、耐含固体微粒燃气的冲刷。 4．质量轻，密度为1.65-2.0g/cm3，仅为钢的四分之一。 1．刹车领域的应用 1.重量轻、耐温高 2.比热容比钢高2. 5 倍 3.同金属刹车相比可节省40 % 的结构重量 4.碳刹车盘的使用寿命是金属的5~7倍 5.刹车力矩平稳，刹车时噪声小 C/C复合材料的用途 C/C复合材料刹车盘的实验性研究于上世纪1973年第一次用于飞机刹车。一半以上的C/C复合材料用做飞机刹车装置。 2. 先进飞行器上的应用 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 ℃至气动加热至1700 ℃时的热冲击要求，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。 3.高温结构材料 由于C/C复合材料的高温力学性能,使之有可能成为工作温度达1500～1700 ℃的航空发动机的理想材料,有着潜在的发展前景。 涡轮发动机 用于叶片和活塞, 可明显减轻重量, 提高燃烧室的温度, 大幅度提高热效率。 4．内燃发动机 C/C复合材料因其密度低、优异的摩擦性能、热膨胀率低,从而有利于控制活塞与汽缸之间的空隙,目前正在研究开发用其制活塞。 发动机活塞和活塞环； 高性能密封材料 5．生物医学 (1) 生物相容性好,强度高,耐疲劳,韧性好; (2) 在生物体内稳定,不被腐蚀; (3) 与骨的弹性模量接近,具有良好的生物力学相容性。 人工关节 预制体成型---- 编织碳纤维 二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能； 三维编织物：改善层间和垂直面方向性能； 多向编织物：编织成四、五、七、十一向增强的预制体，使其接近各向同性。 制备步骤：预制体的制备→预制体和碳基体的复合 C/C复合材料的制备工艺 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:液态浸渍热分解法、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。 制备方法：液体浸渍分解法和化学气相沉积法 碳纤维预制体 浸渍热固性树脂 碳化、石墨化 C/C复合材料 化学气相沉积法 通入HC化合物气体 加热分解、沉积 液体浸渍分解法 立式化学气相沉积炉 今后将以结构C/C复合材料为主，向功能和多功能C/C复合材料发展； 在编制技术方面：由单向朝多向发展； 机械针织技术方面：由简单机械向高度机械化、微机化和计算机程控全自动化发展； 应用方面：由先进飞行器向普通航空和汽车、非航天高温结构领域发展，向民用化和低成本化发展。 C/C复合材料的展望 Thank You！