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碳碳复合材料的研究进展 材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳 碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料 , 具有高强高模、比重轻、热膨 胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能 , 是一种新 型的超高温复合材料。 C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料 , 自 1958 年 诞生以来 , 在军工方面得到了长足的发展 , 其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。 由 于其耐高温、摩擦性好 , 目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及 赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、 热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装 置的散热装置和撑杆等方面。 C/ C 复合材料种类多、性能各异 , 为此人们针对特定的用途来 设计合适的 C/ C 复合材料。 由于碳 / 碳复合材料具有以上特征 , 自 20 世纪 50 年代末问世起就引起了全世界的关 注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。 到 60 年代末至 70 年代初 , 美国就将其用于火箭喷 管, 英国用于协和号飞机刹车盘。自此碳 / 碳复合材料在欧美得到了很大发展。 80 年代以 后, 更多国家进入了这一研究领域 , 在提高性能、 快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取 得很大进展。近两年 , 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用 CLVD( 化学液气相沉积 ) 法和 CLVI( 化学液相气化渗透 ) 工艺制备出碳 / 碳复合材料 , 济 南大学用 RCLD(快速化学液相沉积 ) 制备出 1D 和 2D 碳 / 碳复合材料。 碳 / 碳复合材料由于 制备周期长、 工艺复杂、 成本高等因素 , 其应用范围仅限于军事、 高科技等领域 , 而在民用 领域远远尚未开发。 1、碳/ 碳复合材料的制备工艺 1.1 碳/ 碳复合材料的预成型体和基体碳 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，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。如三维碳 / 碳复合材料中常用的结构的预成 型体中的纤维含量仅有 40%，也就是说其中空隙就占 60% 。碳 / 碳复合材料的预成型体可分 为单向、二维和三维，甚至可以是多维方式，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 . 大多采用编织方法制备。在制备圆桶、圆锥或圆柱等 预成型体时需要采用计算机控制来进行编织。碳 / 碳复合材料预成型体所用碳纤维、碳纤维 织物或碳毡等的选择是根据复合材料所制成构件的使用要求来确定的， 同时要考虑到预成型 体与基体碳的界面配合。 如选择刹车片材料， 一般多采用非连续的短纤维或碳毡来作增强相， 以提高刹车片的抗震性； 而一些受力构件则多采用连续纤维； 在三维编织预成型体时， 一般 要求选择适于编织、便于紧实并能提供复合材料所需的物理和力学性能的连续纤维。 典型 的基体碳有热解碳（ CVD碳）和浸渍碳化碳。前者是由烃类气体的气相沉积而成；后者是合 成树脂或沥青经碳化和石墨化而