材料現(xiàn)代成型技術(shù)碳碳復(fù)合材料

1、,材料現(xiàn)代成型技術(shù),碳/碳復(fù)合材料,陶瓷基復(fù)合材料,碳碳復(fù)合材料概述 碳碳復(fù)合材料的應(yīng)用 陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝 碳碳復(fù)合材料的增韌機制 碳碳復(fù)合材料的界面和顯微組織 碳碳復(fù)合材料的性能,碳/碳復(fù)合材料概述,碳/碳復(fù)合材料是以碳纖維（或石墨）為增強纖維，以碳（或石墨）為基體的復(fù)合材料。,碳/碳復(fù)合材料的特點： 優(yōu)異的熱性能，高的導(dǎo)熱性、低的熱膨脹系數(shù)、抗熱沖擊。 優(yōu)異的高溫力學性能，高溫下的高強度和模量、低蠕變、高斷裂韌性。高溫時隨溫度的升高強度也升高。 是目前唯一可用于達2800的復(fù)合材料。,碳/碳復(fù)合材料制造的剎車零件,碳/碳復(fù)合材料概述,碳/碳復(fù)合材料源于1958年，美國ChanceV

2、ought公司由于實驗室事故，在碳纖維樹脂基復(fù)合材料固化時超過規(guī)定的溫度，導(dǎo)致樹脂碳化，卻形成C/C復(fù)合材料。 碳/碳復(fù)合材料是一種新型高性能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合材料，具有高強度、高模量、高斷裂韌性、高導(dǎo)熱、隔熱優(yōu)異和低密度等優(yōu)異特性，在機械、電子、化工、冶金和核能等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在航天、航空和國防領(lǐng)域中的關(guān)鍵部件上獲得大量應(yīng)用。,我國碳/碳復(fù)合材料的研究和開發(fā)主要集中在航天、航空等高技術(shù)領(lǐng)域，較少涉足民用高性能、低成本碳/碳復(fù)合材料的研究。 整體研究水平還停留在對材料宏觀性能的追求上，對材料組織結(jié)構(gòu)和性能的可控性、可調(diào)性等基礎(chǔ)研究相當薄弱，難以滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對高性能碳/碳復(fù)合材料的需求。 因此，

3、開展高性能碳/碳復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究具有重大的科學意義和社會、經(jīng)濟效益。,碳/碳復(fù)合材料的優(yōu)點,1）碳/碳復(fù)合材料具有可設(shè)計性； 2）質(zhì)量輕，密度1.652.0g/cm3，僅為鋼的四分之一；,3）力學特性隨溫度升高而增大（2200以前），是目前唯一能在2200以上保持高溫強度的工程材料； 4）線膨脹系數(shù)小，高溫尺寸穩(wěn)定性好； 5）優(yōu)異的耐燒蝕性能； 6）損傷容限高，良好的抗熱震性能； 7）摩擦特性好，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，可在0.20.45范圍內(nèi)調(diào)整；使用壽命長，在同等條件下的磨損量約為粉末冶金剎車材料的1/31/7； 8）承載水平高，過載能力強，高溫下不會熔化，也不會發(fā)生粘接現(xiàn)象； 9）導(dǎo)熱系數(shù)高、比

4、熱容大，是熱庫的優(yōu)良材料； 10）優(yōu)異的抗疲勞能力，具有一定的韌性，維修方便。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,1. 剎車領(lǐng)域的應(yīng)用 碳/碳復(fù)合材料在1973年第一次用于飛機剎車片，目前,一半以上的C/C復(fù)合材料用做飛機剎車裝置。 高性能剎車材料要求高比熱容、高熔點以及高溫強度，C/C復(fù)合材料正好滿足這一要求，制作的飛機剎車盤重量輕、耐高溫、比熱容比鋼高2.5倍，與金屬剎車盤相比，可減輕40%的結(jié)構(gòu)重量。碳剎車盤的使用壽命是金屬的57倍，剎車力矩平穩(wěn)，剎車噪音小，因此碳剎車盤的問世被認為是剎車材料發(fā)展史上的重大技術(shù)進步。 目前法國歐洲動力、碳工業(yè)等公司已經(jīng)批量生產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，英國鄧祿普公司也已

5、大量生產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，用于賽車、火車和戰(zhàn)斗機的剎車材料。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,2. 先進飛行器 導(dǎo)彈、載人飛船、航天飛機等，在再入環(huán)境時飛行器頭部受到強激波，對頭部產(chǎn)生很大的壓力，其最苛刻部位溫度可達2760，所以必須選擇能夠承受再入環(huán)境苛刻條件的材料。 設(shè)計合理的鼻錐外形和選材，能使實際流入飛行器的能量僅為整個熱量1%10%左右。對導(dǎo)彈的端頭帽也要求防熱材料，在再入環(huán)境中燒蝕量低，且燒蝕均勻?qū)ΨQ,同時希望它具有吸波能力、抗核爆輻射性能和全天候使用的性能。 三維編織的C/ C復(fù)合材料，其石墨化后的熱導(dǎo)性足以滿足彈頭再入時由160氣動加熱至1700時的熱沖擊要求，可以預(yù)防彈頭鼻錐的熱應(yīng)

6、力過大引起的整體破壞；其低密度可提高導(dǎo)彈彈頭射程，已在很多戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭上得到應(yīng)用。除了導(dǎo)彈的再入鼻錐，C/C 復(fù)合材料還可作熱防護材料用于航天飛機。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,3. 固體火箭發(fā)動機噴管上的應(yīng)用 C/C復(fù)合材料自上世紀70 年代作為固體火箭發(fā)動機喉襯飛行成功以來，極大地推動了固體火箭發(fā)動機噴管材料的發(fā)展。 采用 C/C 復(fù)合材料的喉襯、擴張段、延伸出口錐，具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓, 可提高噴管效率1 %3%，即可大大提高固體火箭發(fā)動機的比沖。 喉襯部一般采用多維編織的高密度瀝青基C/C復(fù)合材料,增強體多為整體針刺碳氈、多向編織結(jié)構(gòu)等，并在表面涂覆SiC以

7、提高抗氧化性和抗沖蝕能力。 美國的應(yīng)用：“民兵2”導(dǎo)彈發(fā)動機第三級的噴管喉襯材料； “北極星”A27 發(fā)動機噴管的收斂段;MX導(dǎo)彈第三級發(fā)動機的可延伸出口錐(三維編織薄壁 C/C 復(fù)合材料制品)。 俄羅斯用在潛地導(dǎo)彈發(fā)動機的噴管延伸錐(三維編織薄壁 C/C復(fù)合材料制品) 。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,主要應(yīng)用 碳/碳復(fù)合材料因具有高比強度、高比模量、耐燒蝕、具有傳熱導(dǎo)電、自潤滑、本身無毒等特點，首先在導(dǎo)彈、宇航工業(yè)中廣泛應(yīng)用。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,4. C/C 復(fù)合材料用作高溫結(jié)構(gòu)材料 由于 C/C 復(fù)合材料優(yōu)異的高溫力學性能，使之有可能成為工作溫度達15001700的航空發(fā)動機的理想材料，有著

8、潛在的發(fā)展前景。 5. 渦輪發(fā)動機 C/C 復(fù)合材料在渦輪機及燃氣系統(tǒng) (已成功地用于燃燒室、導(dǎo)管、閥門) 中的靜止件和轉(zhuǎn)動件方面有著潛在的應(yīng)用前景，例如用于葉片和活塞，可明顯減輕重量，提高燃燒室的溫度，大幅度提高熱效率。 6. 內(nèi)燃發(fā)動機 C/C 復(fù)合材料因其密度低、優(yōu)異的摩擦性能、低的熱膨脹率，從而有利于控制活塞與汽缸之間的空隙,目前正在研究開發(fā)用其制做活塞。,碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用,7.生物醫(yī)用材料方面的應(yīng)用,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,根據(jù)碳/碳復(fù)合材料使用的工況條件、環(huán)境條件和所要制備的具體構(gòu)件, 可以設(shè)計和制備不同結(jié)構(gòu)的C/C復(fù)合材料。 碳/碳復(fù)合材料制備工藝包括： 基體碳制備：采用化

9、學氣相沉積或浸漬高分子聚合物碳化。 增強材料制備：各類碳纖維和編織構(gòu)件基本形狀預(yù)成型體。 主要工藝參數(shù)：溫度、壓力、時間。 成本問題：重要的是如何盡可能縮短工藝各工序,降低成本。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,預(yù)成型體的制備 基本思路：先將碳增強材料預(yù)先制成預(yù)成型體，然后再以基體碳填充逐漸形成致密的碳/碳復(fù)合材料。 與聚合物基復(fù)合材料一樣可制成單向、二維或三維的織物。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,基體碳的制備 目前碳/碳復(fù)合材料的基體碳主要是通過化學氣相沉積（CVD）和液態(tài)浸漬含碳化率高的高分子物質(zhì)的碳化來獲得。 化學氣相沉積工藝 化學氣相沉積原理：通過氣相的分解或反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)，并在某固定基體（

10、基底）上成核、生長。 CH4(g) 加熱 C(s) + 2H2(g) 作為分解或反應(yīng)的氣體有甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天燃氣、汽油等。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,化學氣相沉積工藝 反應(yīng)氣體通過層流向沉積襯底的過界層擴散。 沉積襯底表面吸附反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體產(chǎn)生反應(yīng)并形成固態(tài)產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物。 產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物解吸附，并沿一邊界層區(qū)域擴散。 產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物排出。,化學氣相沉積的主要工藝參數(shù)是反應(yīng)溫度與壓力。在獲得碳/碳復(fù)合材料的基體碳時，其溫度都在950以上。 具體的工藝有等到溫工藝、壓力梯度工藝和溫度梯度工藝。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,碳的CVD沉積過程 在由甲烷形成沉積碳的過程中，在C/C復(fù)合材

11、料預(yù)成型體的表面發(fā)生一系列脫氫聚合反應(yīng)，最后才得到熱解碳。 甲烷高溫熱解 工藝參量如溫度、壓力、反應(yīng)氣體流量以及載氣的流量、分壓都會影響到CVD過程的擴散沉積的平衡，影響C/C復(fù)合材料的致密度和性能。 獲得CVD碳時的工藝溫度都在950以上，以獲得較快的沉積速度。除溫度外，碳的沉積速度與反應(yīng)氣體的種類有關(guān)。,在CVD過程中特殊問題-防止預(yù)成型體封口。 在工藝參量控制時應(yīng)使反應(yīng)氣體和反應(yīng)生成氣體的擴散速度大于沉積速度。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,液態(tài)浸漬-碳化工藝 用該工藝可獲得基體碳中的樹脂碳和瀝青碳。 為了達到碳/碳復(fù)合材料的要求，一般需要經(jīng)過多次浸漬-碳化過程。,碳/碳復(fù)合材料的制備工藝,

12、液態(tài)浸漬-碳化工藝 500時主要是縮水，形成水蒸氣逸出，體積收縮約40%。 600-700時，樹脂熱解出甲烷與CO，體積收縮至約50%。 隨溫度的升高只是脫氫，因此體積收縮趨于穩(wěn)定。 1700之后，樹脂碳趨于石墨化，由于收縮造成的裂縫的綜合作用，體積收縮會有所增加。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,氧化問題 C/C復(fù)合材料在高于 370時就會開始發(fā)生氧化，而大量應(yīng)用的C/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)工程構(gòu)件又都是在氧化氣氛環(huán)境下工作，因此在高溫時是否具有可靠的抗氧化性能對C/C復(fù)合材料來說是至關(guān)重要的。 提高抗氧化性的措施主要有兩種： 一是在C/C復(fù)合材料表面進行耐高溫材料的涂層，起到阻隔氧侵入的作用； 二是

13、在制備C/C復(fù)合材料過程中，在基體中預(yù)先包含有氧化抑制劑。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,C/C復(fù)合材料的氧化機制 由碳元素所組成的C/C復(fù)合材料在空氣中應(yīng)用時發(fā)生的化學反應(yīng)為： 2C十O2 =2CO(g） CO十O=2CO2 上述反應(yīng)甚至在氧分壓很低的情況下仍然進行，但氧化速度與氧分壓成正比。 C/C復(fù)合材料在氧化過程中，一般認為存在兩種控制機制，即： 1）在較低溫度下，如低于650時，氧化主要受化學反應(yīng)機制控制； 2）在高溫下則主要受氣體的擴散控制，這兩種作用機制的大致區(qū)分溫度范圍在600800之間。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,在650干燥空氣下的氧化失重與時間的關(guān)系可以看出，不同類型的碳

14、纖維和基體的抗氧化能力有較大差別,特別是基體。 石墨化基體碳組成的C/C的氧化明顯低于各向同性碳。 與未增強的各向同性碳的氧化相比，碳纖維/各向同性碳復(fù)合材料的氧化速率要高的多，這表明在氧化過程中復(fù)合材料的孔洞、微裂紋和纖維/基體界面對氧化影響作用很大。,常規(guī)生產(chǎn)的碳纖維主要有兩種，高模量型的拉伸模量約為400 GPa，拉伸強度約為1.7 GPa；低模量型的拉伸模量約為240 GPa，拉伸強度約為2.5 GPa。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,影響C/C復(fù)合材料氧化失重和氧化速率的因素還有許多，主要因素包括： 1）氧化溫度； 2）氧化時間； 3）材料的組成及顯微結(jié)構(gòu)； 4）熱處理溫度； 5）反應(yīng)

15、氣體的流量； 6）參與反應(yīng)的材料的表面積。 這些因素應(yīng)在考慮進行C/C復(fù)合材料抗氧化保護時加以注意。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,氧化受反應(yīng)氣體擴散機制控制的一個明顯實例是受到氧化時供氧氣體流量的影響。 圖為C/C復(fù)合材料在600時氧化特性與空氣流量的關(guān)系。 結(jié)果表明，在開始氧化時，氧化失重隨時間的變化呈拋物線型。 但當氧化進行到一定時間后，氧化失重曲線呈直線型。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,C/C復(fù)合材料的熱處理溫度影響基體碳的石墨化程度，因而對復(fù)合材料的氧化失重和氧化速率有顯著影響。 圖為C/C復(fù)合材料經(jīng)不同溫度熱處理后其氧化失重與時間的關(guān)系曲線。 可以看出隨著熱處理溫度的提高，即使是在更

16、高氧化溫度下，C/C復(fù)合材料的氧化失重和氧化速率迅速下降。 圖中還可以看出在氧化前期，材料表面高能量與活性區(qū)域?qū)ρ趸е睾脱趸俾实挠绊憽?碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,氧化過程 在較低溫度(約低于600800)下，C/C復(fù)合材料的氧化反應(yīng)首先在碳表面的高能及活性區(qū)域進行，這些區(qū)域為表面的孔洞、纖維/基體界面，再逐漸延伸到復(fù)合材料的層面（層片結(jié)構(gòu)）。 然后才是各向異性基體碳、各向同性基體碳、纖維的側(cè)表面和末端，最后是纖維芯部的氧化。 C/C復(fù)合材料的氧化侵蝕在應(yīng)用中又稱為燒蝕。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,內(nèi)部抗氧化措施：即內(nèi)部涂層和添加抑制劑。 內(nèi)部涂層：由于要在碳纖維上或在基體的孔隙內(nèi)涂敷可

17、起到阻擋氧擴散的阻擋層，工藝實現(xiàn)上相當困難。 抑制劑：在C/C復(fù)合材料內(nèi)部添加抑制劑在工藝上相對容易得多，而且抑制劑或可以在碳氧化時抑制氧化反應(yīng)或可先與氧反應(yīng)形成氧化物，起到吸氧劑作用。抑制劑主要是在較低溫度范圍內(nèi)降低碳的氧化。 抑制劑是在C/C復(fù)合材料的碳或石墨基體中添加，容易通過氧化而形成玻璃態(tài)的物質(zhì)。如硼及硼化物，硼氧化后形成的硼化物具有較低的熔點和粘度，因而在碳和石墨氧化的溫度下，可以很容易地在多孔體系的C/C復(fù)合材料中流動，并填充到復(fù)合材料內(nèi)連的孔隙中起到內(nèi)部涂層作用，既可阻斷氧繼續(xù)侵入的通道，又可減少容易發(fā)生氧化反應(yīng)的敏感部位的表面積。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,在表面涂覆耐高溫

18、抗氧化材料的涂層，阻止氧與C/C復(fù)合材料接觸，是一種十分有效的提高復(fù)合材料抗氧化能力的方法。 一般只有熔點高、耐氧化的陶瓷材料才能作為C/C復(fù)合材料的防氧化涂層材料。 在C/C復(fù)合材料表面形成涂層的方法通常有兩種：化學氣相沉積和固態(tài)擴散滲透法。 示意圖表示了在設(shè)計和開發(fā)C/C復(fù)合材料防氧化涂層時應(yīng)注意的各種影響因素。 最關(guān)鍵的是涂層的氧擴散滲透率和涂層與C/C復(fù)合材料的熱膨脹匹配。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,抗氧化措施的評價 C/C復(fù)合材料的抗氧化保護方法實際使用時要根據(jù)C/C復(fù)合材料使用溫度來選擇，這樣既可起到保護復(fù)合材料減少氧化，又可降低C/C復(fù)合材料的成本。

19、 采用C/C復(fù)合材料內(nèi)含硼及堿化物類抑制劑，可以使C/C復(fù)合材料氧化開始的溫度由 400提高至600，也就是說 600以上防氧化僅僅采用抑制劑是不可行的，C/C復(fù)合材料的高溫抗氧化涂層是唯一可行的方法。 現(xiàn)已解決了 1700以下溫度時抗氧化問題，17001800的涂層也已開發(fā)，但作為長時間穩(wěn)定的防護還不夠理想，而耐 1800以上的涂層仍是C/C復(fù)合材料耐高溫抗氧化涂層研究與開發(fā)的焦點。,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,碳/碳復(fù)合材料的抗氧化措施,復(fù)合涂層概念 理想的抗氧化復(fù)合涂層應(yīng)是多層的。 最外層是耐高溫氧化物以保持高溫穩(wěn)定性和抗侵蝕；而次外層為低氧滲透率的SiO2作為氧的侵入阻擋層，并且可以封

20、接最外層的裂紋。 下一層為可以和最底層碳化物及次外層SiO2具有化學和物理相容性的耐高溫氧化涂層，以保持結(jié)合性。 最底層為碳化物層，主要保持與上一層氧化物及C/C復(fù)合材料之間的相容性。碳化物的候選材料為TaC、TiC和ZrC等，它們都具有較低的碳擴散率。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,概述 C/C復(fù)合材料和其它復(fù)合材料一樣具有可設(shè)計性，其性能是受材料的界面及基體碳的影響。 由于C/C復(fù)合材料組成的多樣性和可供制備工藝方法的多樣性，以及制備時工藝參量的控制使C/C復(fù)合材料的界面和顯微組織也呈現(xiàn)多樣性，為研究C/C復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系帶來了困難。 下面主要介紹一些已取得的研究進展，有

21、許多方面還有待今后的研究。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,C/C復(fù)合材料是由碳（石墨）纖維（包括碳纖維織物及碳氈）和基體碳組成的多相碳材料。 從光學顯微鏡的尺度來看，C/C復(fù)合材料由四部分組成，即碳纖維、基體碳、碳纖維/基體碳界面層、顯微裂紋和孔隙。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,C/C復(fù)合材料中可存在的不同纖維基體的界面和基體之間的界面就取決于基體碳的類型。 基體碳與碳纖維的結(jié)合界面上有四種可能的取向，(b)和(c)的層片狀結(jié)構(gòu)是瀝青碳與碳纖維結(jié)合界面中最常見的形式，(d)所示的各向同性形式主要在樹脂碳與碳纖維界面出現(xiàn)，也會在CVD碳與碳纖維界面中存在，而(a)的切向生長層片結(jié)構(gòu)一般不常

22、見。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,當CVD碳作為基體碳與碳纖維之間的界面相時，纖維表面的孔洞和缺陷得以填充從而生成所謂“釘扎”結(jié)構(gòu)。 當纖維表面先沉積一薄層CVD碳后再浸漬瀝青碳化，所生成的瀝青碳與CVD碳的界面形成過渡區(qū)，此過渡區(qū)稱為“誘導(dǎo)”結(jié)構(gòu)區(qū)，它呈條帶結(jié)構(gòu)。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,碳/碳復(fù)合材料的顯微組織指含有各種不同類型基體碳的C/C復(fù)合材料的顯微組織結(jié)構(gòu)與形態(tài)。 由于組成C/C復(fù)合材料的原材料和制備工藝不同，所得的復(fù)合材料的顯微組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)也不相同。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,在偏振光源下通過光學效應(yīng)可以區(qū)別三種CVD碳的顯微組織結(jié)構(gòu)形態(tài)。粗糙層片狀組織是由較

23、強的光學各向異性特征的層片所組成，層片排列是圍繞著碳纖維。 平滑層片狀組織則顯現(xiàn)出較弱的光學各向異性特征，其層片也均勻地圍繞著碳纖維。 各向同性沉積碳則由尺寸上小于微米級的細顆粒組成，并且呈現(xiàn)光學各向同性特征。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,CVD碳的顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)影響到C/C復(fù)合材料的性能。 由于各向同性碳相對致密度較低，而平滑層片狀組織有熱應(yīng)力顯微開裂的傾向，因此所期望的較好的CVD碳的顯微結(jié)構(gòu)為粗糙層片狀組織。 例如，聚丙烯睛碳纖維與含90粗糙層片狀結(jié)構(gòu)的CVD碳的復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗熱沖擊和機械沖擊的性能。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,樹脂碳的顯微結(jié)構(gòu)主要取決于熱處理溫度。 當樹脂

24、碳化后，主要形成玻璃態(tài)各向同性碳。 在偏光顯微鏡下玻璃態(tài)、各向同性碳是無顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)特征的光滑平面。 X-射線衍射分析表明沒有顯示石墨（結(jié)晶態(tài)）結(jié)構(gòu)的特征譜線。 當樹脂碳進行高溫石墨化熱處理后，可以通過x-射線衍射分析和偏光顯微鏡分析觀察到，原各向同性的樹脂碳可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋缘氖螒B(tài)。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,經(jīng)過2500石墨化后，在樹脂碳/碳纖維界面上，首先出現(xiàn)了各向同性樹脂碳轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋缘氖肌?在偏光顯微鏡下，界面轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋允尸F(xiàn)消光效應(yīng)，但未轉(zhuǎn)變的各向同性樹脂碳仍無消光效應(yīng)。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,瀝青碳的顯微組織由瀝青碳化特性所決定。瀝青向中間相轉(zhuǎn)化

25、時，由原始的粗糙體轉(zhuǎn)變成塊狀中間相。在相轉(zhuǎn)變時（430），由于應(yīng)力的作用促使中間相轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維結(jié)構(gòu)。 中間相轉(zhuǎn)化時，形成層片狀結(jié)構(gòu)。這層片狀結(jié)構(gòu)是一種長程有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。片層厚約為0.10.2m，層間裂紋約寬0.1m。由于受碳纖維的表面狀態(tài)、纖維束的松緊程度以及碳化或石墨化條件等因素的影響，中間相片層會形成扭轉(zhuǎn)彎曲的條帶疊層，并且條帶結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生各種變形。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,瀝青碳的不同構(gòu)型對力學、熱物理和氧化燒蝕性能產(chǎn)生明顯的影響。 層片狀結(jié)構(gòu)，尤其是片層之間的顯微裂紋不利于C/C復(fù)合材料的抗氧化燒蝕性能。,碳/碳復(fù)合材料的界面和顯微組織,碳/碳復(fù)合材料的裂紋和孔隙是C/C復(fù)合材料組織中的一個重要組成部分。 根據(jù)C/C復(fù)合材料使用要求，密度在1.61.98g/cm3，這意味著C/C復(fù)合材料的致密度與碳或石墨材料的理想密度相比有較大的差