碳碳復(fù)合材料概要

碳碳復(fù)合材料第一組01 C/C復(fù)合材料定02 C/C復(fù)合材料制備原理03 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀04 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)01C/C復(fù)合材料定義碳碳復(fù)合材料，是以碳（或石墨）纖維及其織物為增強(qiáng)材料，以碳（或石墨）為基體，通過加工處理和碳化處理制成的全碳質(zhì)復(fù)合材料。它源于1958年，美國Chance-Vought公司由于實(shí)驗(yàn)室事故，在炭纖維樹脂基復(fù)合材料固化時超過溫度，樹脂炭化形成炭/炭復(fù)合材料。碳/碳復(fù)合材料是炭纖維增強(qiáng)炭基本復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、耐燒蝕

性好、抗熱沖擊好、損傷容限高、高溫強(qiáng)度高、可設(shè)計性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，現(xiàn)應(yīng)用于航空、航天、電路級和太陽能級晶硅生產(chǎn)、高溫爐等應(yīng)用領(lǐng)域。01 C/C復(fù)合材料定04 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)03 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀02 C/C復(fù)合材料制備原理02C/C復(fù)合材料制備原理01 C/C復(fù)合材料定04 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)02 C/C復(fù)合材料制備原理03 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀①先進(jìn)碳/碳復(fù)合飛機(jī)剎車材料關(guān)鍵技術(shù)研究先進(jìn)碳/碳復(fù)合材料是我國大型飛機(jī)和高性能軍機(jī)的關(guān)鍵剎車材料，碳/碳（C/C）復(fù)合材料剎車盤（簡稱碳盤）是飛機(jī)剎車裝置普遍使用的關(guān)鍵器材，它不僅是一種摩擦元件，而且是一種熱庫和結(jié)構(gòu)元件。碳盤替換傳統(tǒng)的鋼剎車盤可以獲得明顯減重以及大幅度進(jìn)步剎車盤性能和使用壽命的效果，因此，自從20世紀(jì)70年代裝機(jī)首飛成功以來，目前國際上已有100余種大中型民航

客機(jī)和先進(jìn)軍機(jī)采用了碳剎車技術(shù)，是否采用碳剎車裝置已成為衡量現(xiàn)代航

空機(jī)輪水平的重要標(biāo)志之一。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料預(yù)制體成型技術(shù)C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料快速致密化技術(shù)C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料的氧化防護(hù)技術(shù)C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料再生修復(fù)技術(shù)飛機(jī)剎車材料關(guān)鍵技術(shù)03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料預(yù)制體成型技術(shù)預(yù)制體是C/C復(fù)合材料的增強(qiáng)骨架，它直接決定或影響著后續(xù)制備復(fù)合材料的力學(xué)、熱物理和摩擦等性能。目前，用于制備C/C復(fù)合材料的預(yù)制體成型技術(shù)主要有3種，即短纖維樹脂模壓、碳布疊層和針刺整體氈技術(shù)。采用碳布疊層制備的C/C復(fù)合材料主要存在著原材料本錢高和層間剪切強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，而具有孔隙率高、弱界面結(jié)合、隨機(jī)取向短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能不高，針刺整體氈增強(qiáng)的C/C復(fù)合材料由于Z向有連續(xù)纖維，買通了更多的擴(kuò)散通道，不僅有利于快速致密化，而且也為聲子提供了長的均勻自由程振動通道，使其具有好的導(dǎo)熱和力學(xué)性能，所以目前國內(nèi)外主要采用針刺整體氈技術(shù)增強(qiáng)C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料快速致密化技術(shù)C/C復(fù)合飛機(jī)材料致密化技術(shù)主要包括液相浸漬法和化學(xué)氣相滲積法。前者不僅工藝繁雜，而且由于在碳化和石墨化過程中樹脂和瀝青會收縮導(dǎo)致纖維被損傷，從而減弱了纖維/基體的界面性能，使得所制備的復(fù)合材料力學(xué)和摩擦學(xué)性能下降。化學(xué)氣相滲積法由于滲積時碳?xì)錃怏w在預(yù)制體表面濃度大于其在內(nèi)部的濃度，造成預(yù)制體表面優(yōu)先沉積，并形成一層涂層硬殼，使得預(yù)制體難以進(jìn)一步致密，導(dǎo)致其滲積周期很長，在國外預(yù)制體在爐內(nèi)的等溫滲積時間一般超過1000h，考慮到還要進(jìn)行中間檢查、設(shè)備維護(hù)等，一個制備周期要3～4個月。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料快速致密化技術(shù)為了解決制備周期長這一關(guān)鍵題目，國外進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。早在1994年，美國Textron公司報道，他們研發(fā)的高效工藝能在8h內(nèi)制備出碳盤樣品，但主要題目是該方法一爐只能制備一個樣品，至今仍未能實(shí)現(xiàn)工程化。VaidyaramanS等人研究的強(qiáng)制活動熱梯度法能使沉積速率進(jìn)步12～30倍，但僅適用于制備外形簡單的小樣品（直徑小于100mm，厚度小于10mm），同樣一爐只能制備一個樣品，仍然無法批量生產(chǎn)。近年來國內(nèi)也對C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料的基礎(chǔ)理論和制備工藝進(jìn)行了大量研究，分別采用復(fù)合工藝和化學(xué)氣相滲積工藝研發(fā)制備出了碳盤，并在一些機(jī)種上獲得應(yīng)用，但仍存在著制備周期長、性能調(diào)控性差以及靜摩擦性能和濕態(tài)剎車性能需要進(jìn)一步改進(jìn)等題目，這些題目尚需進(jìn)行更深進(jìn)的研究。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料的氧化防護(hù)技術(shù)C/C復(fù)合飛機(jī)材料在400℃以上便開始氧化，而且氧化起始溫度和氧化速度還受材料的石墨化度、環(huán)境氣氛、溫度等多種因素影響，所以碳盤的氧化防護(hù)技術(shù)也是C/C復(fù)合材料的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[4]。對于碳盤目前主要有2種涂層體系：磷酸鹽和硼酸鹽體系。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料再生修復(fù)技術(shù)對于已經(jīng)多次使用過的碳盤，進(jìn)行再使用是可行的，同時由于碳盤制備周期長、工藝復(fù)雜、本錢高，對使用壽命已到的舊碳盤進(jìn)行再生利用也是十分必要。目前主要有2種碳盤再生修復(fù)技術(shù)：二合一技術(shù)和三合一技術(shù)。03C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀01 C/C復(fù)合材料定03 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀02 C/C復(fù)合材料制備原理04 C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)04C/C復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展先進(jìn)碳/碳復(fù)合飛機(jī)剎車材料關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用發(fā)展盡管國內(nèi)外在C/C復(fù)合飛機(jī)剎車材料研究和應(yīng)用方面取得了明顯進(jìn)展，但是隨著飛機(jī)設(shè)計能載的迅速進(jìn)步，對其剎車材料的要求更加苛刻，迫切需要研發(fā)出高性能、低本錢和短周期的新一代C/C復(fù)合材料。多年來，世界發(fā)達(dá)國家圍繞這一目標(biāo)投進(jìn)了大量的人力和物力，針對C/C復(fù)合材料制備和應(yīng)用中的預(yù)制體成型、快速致密化、性能調(diào)控、氧化防護(hù)、再生利用等關(guān)鍵技術(shù)一直進(jìn)行著大量深進(jìn)的研究。為了進(jìn)一步改善和進(jìn)步C/C復(fù)合材料性能以及降低其制備本錢，在預(yù)制體成型技術(shù)方面，人們正在研究用整體泡沫碳預(yù)制體代替昂貴的碳纖維預(yù)制體。