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碳碳復(fù)合材料行業(yè)現(xiàn)如今要面臨的幾個要點任務(wù)
1 降低成本
C/C 復(fù)合材料有“黑色黃金”之稱，采用CVI工藝制備的C/C復(fù)合材料(密度＞1.75 g/cm3 )成本高達3~4萬元/kg。其高昂價格主要來自兩方面原因：一是 碳纖維預(yù)制體價格高；二是生產(chǎn)周期長。在碳纖維預(yù)制體方面，高強高模碳纖維主要依賴進口，國際上碳纖維份額大部分被日本掌控，對于我國碳纖維相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了較大的阻礙。降低原絲成本、提高碳纖維質(zhì)量以及開發(fā)不同需求的產(chǎn)品是我國碳纖維行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。
在C/C復(fù)合材料生產(chǎn)方面，傳統(tǒng)CVI法制備C/C復(fù)合材料需要1000~2000h的致密化時間，且表面結(jié)殼嚴重，需要多次高溫處理及表層去殼處理。雖然開發(fā)出多種新型CVI制備工藝，可明顯縮短致密化時間，但存在工藝適應(yīng)性不強、復(fù)雜形狀難成型和大批量生產(chǎn)等問題，因此，進一步 提高CVI工藝致密化效率、推動高效致密化工藝的工程化應(yīng)用是關(guān)鍵。
2 提高性能穩(wěn)定性
影響C/C復(fù)合材料制備的因素很多，碳纖維規(guī)格、預(yù)制體結(jié)構(gòu)、CVI設(shè)備尺寸、致密化溫度、壓力、氣體流量、氣體停留時間、氣流的分布和走向、熱傳質(zhì)方式、冷卻溫度及速率、氣體初始溫度等均會對材料微觀結(jié)構(gòu)及性能產(chǎn)生影響。另外，在批量生產(chǎn)中，產(chǎn)品形狀和批次的不同，對應(yīng)的工藝參數(shù)和工裝夾具也不同，這些影響因素若控制不當(dāng)或控制不夠精確，都會使C/C復(fù)合材料性能產(chǎn)生很大的分散性，導(dǎo)致材料在服役過程中性能的不穩(wěn)定。
因此，需要從密度均勻性、基體織構(gòu)調(diào)控、界面結(jié)構(gòu)控制、工藝規(guī)范化等方面入手，針對C/C復(fù)合材料構(gòu)件形狀及性能的要求，在預(yù)制體質(zhì)量、熱處理工藝、致密化工藝、模具設(shè)計、石墨化、基體改性及熱防護涂層等方面制定嚴格的工藝規(guī)范，優(yōu)化制備方法，確保在同一工藝條件下不同時間、不同批次生產(chǎn)制品的組織結(jié)構(gòu)均勻和性能的穩(wěn)定。
3 提高抗氧化燒蝕性能
現(xiàn)代高技術(shù)武器裝備的發(fā)展對C/C復(fù)合材料高溫性能提出了很高的要求，如面向航空發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)部件及高超聲速飛行器熱防護部件的抗氧化抗燒蝕C/C復(fù)合材料的研制，需要在＞1600 ℃熱力氧耦合條件下長時間穩(wěn)定服役，此方面很多關(guān)鍵技術(shù)仍需要攻關(guān)。盡管國內(nèi)在基體改性及防護涂層研究方面取得了突出成果，但還需解決大尺寸異型復(fù)雜構(gòu)件表面涂層均勻性及穩(wěn)定性、全溫域防氧化等問題，涂層在不同服役環(huán)境下的適應(yīng)性及其修復(fù)也是C/C復(fù)合材料抗氧化研究面臨的挑戰(zhàn)。
4 性能檢測標準、評價體系與相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立
目前我國C/C復(fù)合材料的制造單位主要采用企業(yè)標準進行材料性能的檢測，其中部分檢測標準源自陶瓷材料或樹脂基復(fù)合材料的國家標準或美國、歐洲標準，由于不同材料本質(zhì)特性的不同，測試標準和評價體系存在差異。另外，不同單位采用的測試標準也不一致，造成C/C復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)無法橫向比較和共享。尤其對于航空發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)材料、航天熱防護材料、新型武器裝備熱結(jié)構(gòu)件用C/C復(fù)合材料，相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立至關(guān)重要。建立普適的、統(tǒng)一的測試標準、評價體系和相關(guān)數(shù)據(jù)庫，是C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待突破的另一個關(guān)鍵問題。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://m.zjxycs.cn
