碳纖維復合材料

關于碳纖維復合材料一定義

碳/碳復合材料是復合材料的一種,它是以碳為基體,由碳纖維或其制品(碳氈或碳布)增強的復合材料.第2頁,共12頁，2024年2月25日，星期天二性能它兼有碳的惰性和碳纖維的高強度,具有良好的機械性能、耐熱性、耐腐蝕性、磨擦減振特性及熱、電傳導特性等特點.而且,其質(zhì)輕,比強度和比彈性模量都很高,更重要的是這種材料隨著溫度的升高(可達2200℃)其強度不降低,甚至比室溫條件下還高。第3頁,共12頁，2024年2月25日，星期天三制備工藝制備碳/碳復合材料主要步驟為:預制體成型→致密化處理→最終高溫熱處理第4頁,共12頁，2024年2月25日，星期天3.1

預制體成型在進行預制體成型前,根據(jù)所設計復合材料的應用和工作環(huán)境來選擇纖維種類和編織方式.例如,對重要的結(jié)構(gòu)選用高強度、高模量纖維.對要求導熱系數(shù)低的則選用低模量炭纖維,如粘膠基炭纖維成型方法為用短纖維增強:(1)壓濾法;(2)噴涂法;(3)熱壓法;(4)澆注法用連續(xù)長纖維增強:(1)預浸布層壓、鋪壓、纏繞等做成層壓板、回轉(zhuǎn)體和異形薄壁結(jié)構(gòu);(2)編織技術.第5頁,共12頁，2024年2月25日，星期天3.2致密化處理成型后的預制體含有許多孔隙,密度也低,不能直接應用,須將炭沉積于預制體,填滿其孔隙,才能成為真正的結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良的碳/碳復合材料,此即致密化過程.傳統(tǒng)的致密化工藝大體分為液相浸漬和化學氣相沉積(CVI)兩種.第6頁,共12頁，2024年2月25日，星期天3.3液相浸漬工藝液相浸漬工藝一般在常壓或減壓下進行.

重復浸漬———炭化———石墨化,達到致密預制體.此工藝存在問題是:(1)工藝繁復、周期長、效率低;(2)液體難以浸漬到預制體微孔中;(3)有些浸漬液在常壓和減壓下炭化收率低,必須加壓(4)有些浸漬液炭化時粘附性過好,易于阻塞氣孔口,難以達到致密要求,如樹脂第7頁,共12頁，2024年2月25日，星期天化學氣相沉積(ChemicalVaporInfiltration,簡稱CVI)工藝.有的文獻稱化學氣相沉積工藝是最早采用的一種致密化方法,其工藝過程如圖2所示.主要原理是利用碳氫化合物氣體在高溫下分解并沉積炭于預制體.與液相浸漬工藝相比,化學氣相沉積工藝不僅過程便于精確控制,而且所制備的材料還具有結(jié)構(gòu)均勻、完整、致密性好、石墨化程度高等優(yōu)點.目前國外主要用等溫CVI法生產(chǎn)碳/碳復合材料剎車盤.3.4第8頁,共12頁，2024年2月25日，星期天常規(guī)化學氣相沉積方工藝(等溫法)仍有許多不足:由于受到氣相擴散速率和表面反應速率的制約,在一個較窄的工藝條件下進行.因此,對沉積炭顯微組織的選擇余地有限,得到的通常為光滑層(SL)組織,要想提高沉積炭溫度,以得到粗糙層(RL)炭,則又易形成表面的氣孔堵死,以及表層和里層的密度差提高[6].同時,等溫CVI制備碳/碳復合材料周期長(約1000-1500h)、原料氣利用率低(<5%),需要數(shù)次石墨化和機加工,需用大量高能耗的貴重設備,成本很高3.4第9頁,共12頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共12頁，2024年2月25日，星期天

(1)因其良好的生物相容性,在生物醫(yī)學方面,可作人體骨骼的替代材料,比如人工髖關節(jié)、膝關節(jié)、牙根等.

(2)汽車、賽車的制動系統(tǒng).

(3)在核反應堆中制造無線電頻率限幅器.

(4)利用其高導電率和很高尺寸穩(wěn)定性,制造衛(wèi)星通訊拋物面無線電天線反射器.

(5)用碳/碳復合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道,其壽命可提高100倍以上.

(6)制作高溫緊固件.在700℃以上,金屬緊固件強度很低,而碳/碳復合材料在高溫下呈現(xiàn)優(yōu)異承載能力,可作高溫下使用的螺