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碳碳復合材料詳解

碳碳復合材料詳解（1）
　　C／C復合材料

　　C／C復合材料是指以碳纖維作為增強體，以碳作為基體的一類復合材料。作為增強體的碳纖維可用多種形式和種類，既可以用短切纖維，也可以用連續長纖維及編織物。各種類型的碳纖維都可用于C／C復合材料的增強體。碳基體可以是通過化學氣相沉積制備的熱解碳，也可以是高分子材料熱解形成的固體碳。C／C復合材料作為碳纖維復合材料家族的一個重要成員，具有密度低、高比強度比模量、高熱傳導性、低熱膨脹系數、斷裂韌性好、耐磨、耐燒蝕等特點，尤其是其強度隨著溫度的升高，不僅不會降低反而還可能升高，它是所有已知材料中耐高溫性最好的材料。因而它廣泛地應用于航天、航空、核能、化工、醫用等各個領域。

　　C／C復合材料的制備工藝主要有兩種方法：化學氣相法(CVD或CVl)和液相浸漬一碳化法。前者是以有機低分子氣體為前驅體，后者是以熱塑性樹脂(石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青)或熱固性樹脂(呋喃、糠醛、酚醛樹脂)為基體前驅體，這些原料在高溫下發生一系列復雜化學變化而轉化為基體碳。為了得到更好的致密化效果，通常將化學氣相法和液相浸漬一碳化法進行復合致密化，得到具有理想密度的C／C復合材料。

　　1、化學氣相法

　　化學氣相法(cVD或cVI)是直接在坯體孔內沉積碳，以達到填孔和增密的目的。沉碳易石墨化，且與纖維之間的物理兼容性好，而且不會像浸漬法那樣在再碳化時產生收縮，而這種方法的物理機械陛能比較好。但在cVD過程中，如果碳在坯體表面沉積就會阻止氣體向內部孔的擴散。對于表面沉積的碳應用機械的方法除去，再進行新一輪沉積。對于厚制品，CVD法也存在著一定的困難，而且這種方法的周期也很長。

　　2、液相浸漬法一碳化法

　　液相浸漬法相對而言設備比較簡單，而且這種方法適用性也比較廣泛，所以液相浸漬法是制備C／C復合材料的一個重要方法。它是將碳纖維制成的預成型體浸入液態的浸漬劑中，通過加壓使浸漬劑充分滲入到預成型體的空隙中，再通過固化、碳化、石墨化等一系列過程的循環，最終得到C／C復合材料。它的缺點是要經過反復多次浸漬、碳化的循環才能達到密度要求。液相浸漬法中浸漬劑的組成和結構十分重要，它不僅影響致密化效率，而且也影響制品的機械性能和物理性能。提高浸漬劑碳化收率，降低浸漬劑的黏度一直是液相浸漬法制備C／C復合材料所要解決的重點課題之一。浸漬劑的高黏度和低碳化收率是目前C／C復合材料成本較高的重要原因之一。提高浸漬劑的性能不僅能提高C／C復合材料的生產效率，降低其成本，也可提高C／C復合材料的各種性能。C／C復合材料的抗氧化處理碳纖維在空氣中，于360℃開始氧化，石墨纖維要略好于碳纖維，其開始氧化的溫度為420℃，C／C復合材料的氧化溫度為450℃左右。C／C復合材料在高溫氧化性氣氛下極易氧化，并且氧化速率隨著溫度的升高迅速增大，若無抗氧化措施，在高溫氧化環境中長時間使用C／C復合材料必將引起災難性后果。因此，C／C復合材料的抗氧化處理已成為其制備工藝中不可缺少的組成部分。從抗氧化技術的途徑上看，可分為內部抗氧化技術和抗氧化涂層技術。

　　C／C復合材料的主要兩大應用領域C／C復合材料作為優異的熱結構、功能一體化工程材料，自1958年誕生以來，在軍工方面得到了長足的發展，其中最重要的用途是用于制造導彈的彈頭部件。由于其耐高溫、摩擦性好，目前已廣泛用于固體火箭發動機噴管、航天飛機結構部件、飛機及賽車的剎車裝置、熱元件和機械緊固件、熱交換器、航空發動機的熱端部件等。