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第16卷第2期新型炭材料Vol.16No.2

2001年6月NEWCARBONMATERIALSJun.2001

文章编号:1007-8827(2001)02-0079-02

炭/炭复合材料

知识介绍

(CARBON/CARBONCOMPOSITES)

中图分类号:TB332文献标识码:E

炭/炭复合材料是以炭纤维增强炭基体的复合材料,该脂外,某些热塑性树脂也可作为基体炭的前驱体,如聚醚醚

材料源于一次意外的发现,1958年美国CHANCEVOUGHT酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)等。与树脂炭相比,沥青炭较

实验室进行碳/酚醛实验时失误导致得到炭基体。由此,在易石墨化。沥青前驱体应具有低软化点、低粘度和高残炭率

复合材料家族中又增加了一个新成员。的特点,最常用的是石油沥青。在常压下沥青的残炭率为

炭/炭复合材料的特点:炭/炭复合材料不仅具有其它50%左右。Fitzer等研究指出沥青炭化时压力作用可明显增

复合材料的优点,同时又有很多独到之处。(1)其整个体系加残炭率,在100Mpa氮气压力下残炭率可高达90%。据

均由碳元素构成,由于碳原子彼此间具有极强的亲合力,使此,发展了热等静压浸渍-炭化工艺。该技术不仅可以提高

炭/炭复合材料无论在低温或高温下,都有很好的稳定性。残炭率,降低可浸渍预制体孔隙尺寸,而且可有效防止沥青

同时,炭素材料高熔点的本质属性,赋予了该材料优异的耐被热解产生的气体挤出气孔隙外,从而大大提高了致密化效

热性,可以经受住2000℃左右的高温,是目前在惰性气氛中率。

高温力学性能最好的材料。更重要的是这种材料随着温度CVI工艺流程:将预制增强体置于专用的CVI炉中,

的升高其强度不降低,甚至比室温时还高,这是其它结构材加热至所要求的温度,通入碳氢化合物气体,这些气体热解,

料所无法比拟的。(2)比重轻(小于2.0g/cm3),仅为镍基高将碳沉积在预制体中炭纤维周围和空隙中,得到的基体炭称

温合金的1/4,陶瓷材料的1/2。(3)抗烧蚀性能良好,烧蚀为热解炭。CVI致密化工艺的优点是基体性能好、增密的程

均匀,可以承受高于3000℃的高温,运用于短时间烧蚀的环度便于精确控制,不损伤纤维,且可与其它致密化工艺一起

境中,如航天工业使用的火箭发动机喷管、喉衬等具有无与使用,缺点是制备周期太长,生产效率很低。在CVI工艺中,

伦比的优越性。(4)耐摩擦磨损性能优异,其摩擦系数小、性影响致密化效果的主要因素是气态前驱体的输送和化学反

能稳定,是各种耐磨和磨擦部件的最佳候选材料。应动力学。为提高致密化速率,降低制备成本,世界各国研

致密化工艺:致密化技术是制备炭/炭复合材料的关究人员还开发了热梯度CVI工艺、压差CVI工艺、CVI与浸

键。炭/炭复合材料的致密化方法主要分为两大类:树脂、沥渍炭化混合工艺、强制流动CVI工艺、限域变温CVI工艺等。

青的液相浸渍工艺及碳氢化合物气体的气相渗透工艺CVI工艺周期虽然长一些,但所制备炭/炭复合材料的综合

(CVI)。树脂浸渍工艺的典型流程是:将预制增强体置于浸性能要好于液相浸渍法,而且通过改变CVI工艺参数,还可

渍罐中,在真空状态下用树脂浸没预制体,再充气加压使树以得到不同结构、不同性能的炭/炭复合材料。近几年,法国

脂浸透预制全体,然后,将浸透树脂的预制体放入固化罐内研究人