碳碳复合材料发热体
碳碳复合材料发热体是一种能够产生高温并稳定输出热量的材料。其基础材料为碳纤维和碳基矩阵。通过高温热处理而形成的碳碳化合物具有优异的高温性能和化学稳定性，因此被广泛应用于高温电热领域中的发热体。
碳碳复合材料发热体具有以下特点：
1. 高温性能稳定：由于其基础材料碳碳化合物具有高熔点和耐高温性能，因此在高温下能够稳定输出热量。
2. 高能量密度：由于碳碳复合材料具有高热导率和低热容性，并且能够在小体积内储存大量热能，因此能够产生高能量密度的热量输出。
3. 高效率：碳碳复合材料发热体能够将电能转化为热能，且能够实现高效率的能量转换。
4. 长寿命：由于碳碳复合材料具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，因此能够实现长期稳定输出，具有长寿命的特点。
因此，碳碳复合材料发热体在高温电热领域中具有广泛应用前景，如高温加热、高温烘干、高温处理、高温试验等领域。
碳/碳复合材料概述 摘要本文介绍了碳碳复合材料的发展、工艺、特性以及应用。 关键词碳碳复合材料制备工艺性能应用 １前言 C/C复合材料是指以碳纤维或各种碳织物增强，或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积（CVD）所形成的复合材料。碳/碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%, 故该材料具有密度低,耐高温, 抗腐蚀, 热冲击性能好, 耐酸、碱、盐,耐摩擦磨损等一系列优异性能。此外, 碳/碳复合材料的室温强度可以保持到2500℃, 对热应力不敏感, 抗烧蚀性能好。故该复合材料具有出色的机械特性, 既可作为结构材料承载重荷, 又可作为功能材料发挥作用, 适于各种高温用途使用[1]。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。 ２碳碳复合材料的发展 碳碳复合材料是高技术新材料，自1958年碳碳复合材料问世以来，经历了四个阶段： 60年代——碳碳工艺基础研究阶段，以化学气相沉积工艺和液相浸渍工艺的出现为代表； 70年代——烧蚀碳碳应用开发阶段，以碳碳飞机刹车片和碳碳导弹端头帽的应用为代表； 80年代——碳碳热结构应用开发阶段，以航天飞机抗氧化碳碳鼻锥帽和机翼前缘的应用为代表； 90年代——碳碳新工艺开发和民用应用阶段，致力于降低成本，在高性能燃气涡轮发动机航天器和高温炉发热体等领域的应用。 由于碳碳具有高比强度、高比刚度、高温下保持高强度，良好的烧蚀性能、摩擦性能和良好抗热震性能以及复合材料的可设计性，得到了越来越广泛的应用。当今,碳碳复合材料在四大类复合材料中就其研究与应用水平来说,仅次于树脂基复合材料,优先于金属基复合材料和陶瓷基复合材料,已走向工程应用阶段。从技术发展看，碳碳复合材料已经从最初阶段的两向碳碳复合材料发展为三向、四向等多维碳碳复合材料；从单纯抗烧蚀碳碳复合材料发展为抗烧蚀—抗侵蚀和抗烧蚀—抗侵蚀—稳定外形碳碳复合材料；从但功能材料发展为多功能材料。目前碳碳复合材料面对的最主要问题是抗氧化问题[2]。 ３碳碳复合材料的制备加工工 艺[3] C/ C 复合材料的制备工艺: 碳 纤维的选择→胚体的预制成型→胚体 的致密化处理→碳碳复合材料的高温 热处理(如图[4]) ３.１碳纤维的选择 CF 的选择可以改变碳碳复合材 料的力学和热力学性能。纤维的选择 主要依赖于成本、织物结构、性能及 纤维的工艺稳定性。 常用CF 有三种, 即人造丝CF, 聚丙烯腈( PAN ) CF 和沥青CF。 ３.２坯体的预制成型 坯体的成型是指按产品的形状和性能要求先把CF 预先成型为所需结构形状的毛坯, 以便进一步进行C/ C 复合材料的致密化处理工艺。
碳碳复合材料导热系数 一、引言 碳碳复合材料是一种高性能、高温、高强度的新型材料，具有优异的耐热、抗氧化和耐腐蚀等性能，因此在航空航天、汽车制造、核工业等领域得到广泛应用。其中，导热系数是影响碳碳复合材料热传导性能的重要因素之一。 二、什么是导热系数 导热系数是指单位时间内单位面积上的热量流动量与温度梯度之比，通常用W/(m·K)表示。在物理学中，导热系数也被称为热传递系数或热导率。 三、碳碳复合材料的导热系数 1. 碳纤维增强碳基复合材料（C/C）的导热系数 C/C复合材料具有优异的导热性能，其导热系数通常在100~400 W/(m·K)范围内。其中，高模量C/C复合材料的导热系数约为200 W/(m·K)，而高强度C/C复合材料则可达到400 W/(m·K)以上。 2. 碳纤维增强陶瓷基复合材料（C/SiC）的导热系数 C/SiC复合材料的导热系数通常在20~100 W/(m·K)范围内，其导热性能相对较弱。其中，高温下的C/SiC复合材料导热性能较好，其导
热系数可达到100 W/(m·K)以上。 3. 碳纤维增强碳化硅基复合材料（C/C-SiC）的导热系数 C/C-SiC复合材料具有优异的导热性能，其导热系数通常在100~400 W/(m·K)范围内。其中，高温下的C/C-SiC复合材料导热性能最好， 其导热系数可达到400 W/(m·K)以上。 四、影响碳碳复合材料导热系数的因素 1. 材料成分：不同成分的碳碳复合材料具有不同的导热性能。一般来说，纯碳基材料具有较好的导热性能，而陶瓷基和金属基复合材料则 相对较差。 2. 纤维取向：纤维取向是影响碳碳复合材料导热性能的重要因素之一。纤维取向越接近于横向，导热系数越小；纤维取向越接近于纵向，导 热系数越大。 3. 纤维体积分数：碳碳复合材料中纤维的体积分数也会影响导热性能。一般来说，纤维体积分数越高，导热系数也就越高。 4. 结构形态：碳碳复合材料的结构形态也会影响其导热性能。例如， 在C/C-SiC复合材料中，SiC相颗粒的尺寸和分布情况都会影响其导 热性能。
碳碳复合材料的研究进展 材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳 碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。 由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。 1、碳/碳复合材料的制备工艺 1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳 在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。碳/碳复合材料的预成型体可分为单向、二维和三维，甚至可以是多维方式，用短纤维增强: (1) 压滤法; (2) 喷涂法; (3) 热压法; (4) 浇注法。用连续长纤维增强: (1) 预浸布层压、铺压、缠绕等做成层压板、回转体和异形薄壁结构; (2) 编织技术. 大多采用编织方法制备。在制备圆桶、圆锥或圆柱等预成型体时需要采用计算机控制来进行编织。碳/碳复合材料预成型体所用碳纤维、碳纤维织物或碳毡等的选择是根据复合材料所制成构件的使用要求来确定的，同时要考虑到预成型体与基体碳的界面配合。如选择刹车片材料，一般多采用非连续的短纤维或碳毡来作增强相，以提高刹车片的抗震性；而一些受力构件则多采用连续纤维；在三维编织预成型体时，一般要求选择适于编织、便于紧实并能提供复合材料所需的物理和力学性能的连续纤维。典型的基体碳有热解碳（CVD碳）和浸渍碳化碳。前者是由烃类气体的气相沉积而成；后者是合成树脂或沥青经碳化和石墨化而得。 1.2致密化处理 1）CVD（CVI）工艺原理 一般认为，CVD（CVI）经历以下过程：1）反应气体通过层流向沉积基体的边界层扩散；2）沉积基体表面吸附反应气体，反应气体产生反应并形成固态和气体产物；3）所产生的气体产物解吸附，并沿边界层区域扩散；4）产生的气体产物排除。 CVD（CVI）过程受反应温度及压力影响较大。一般低温低压下受反应动力学控制；而在高温高压下则是扩散为主。工艺参量温度、压力、反应气体流量及载气的流量、分压都会影响到CVD过程的扩散/沉积平衡，从而影响碳/碳复合材料的致密度和性能。控制好CVD（CVI）过程沉积和扩散达到合理平衡是保证碳/碳复合材料密度和性能的关键。影响主要因素是温
碳/碳复合材料综述 碳纤维增强碳基复合材料（碳/碳复合材料，C/C）是以碳或石墨纤维为增强体，碳或石墨为基体复合而成的材料。它具有耐高温、导热性好、抗热冲击、烧蚀率低、高温下高强度、一定的化学惰性等特殊性能。 碳/碳复合材料的研制工作，可追溯到20世纪60年代初。1961年在日本首先用聚丙烯腈（PAN）原丝制成高性能碳纤维。1963年英国的研究人员发明用牵引法提高纤维结构的取向，进一步提高了碳纤维的强度和弹性模量。到60年代末，提高碳纤维性能和生产效率的办法日趋完善。高强度、超高强度、高模量和高强中模量的碳纤维形成规模生产并开始商品化。 1.1 碳/碳复合材料的制造工艺 碳/碳复合材料的制备过程包括增强纤维及其织物的选择、基体碳先驱体的选择、C/C预制坯体的成型、碳基体的致密化以及最终产品的加工检测等。 1）碳纤维的选择 碳纤维束的选择和纤维织物的结构设计是制造C/C复合材料的基础，通过合理选择纤维种类和织物的编制参数，如纱束的排列取向、纱束间距、纱束体积含量等，可以决定C/C复合材料的力学性能和热物理性能。 2）碳纤维预制坯体的制备 预制坯体是指按产品形状和性能要求先把纤维成型为所需结构形状的毛坯，以便进行致密化工艺。按增强方式分为单项纤维增强、双向（2D）织物和多向织物增强。连续长纤维增强的预制坯体成型方法有传统的预浸布层压、铺层、缠绕等方法做成层压板、回旋体和异形薄壁结构；另一种方法即多向编制技术，如3D、4D、6D编织等。 3）C/C的致密化工艺 C/C致密化工艺过程就是基体碳形成过程，是用高质量的碳填满纤维周围空隙，以获得结构、性能优良的C/C复合材料。常用的有两种工艺：化学气相沉积和液相浸渍法。用化学气相沉积法形成碳基体的先驱体有甲烷、丙烯、天然气等；用于液相浸渍的物质有热固性树脂，酚醛树脂、糠醛树脂等，及热塑性沥青，如煤沥青、石油沥青。 化学气相沉积（CVD）工艺是最早采用的一种C/C复合技术，把碳纤维织物预制坯体放入专用CVD炉中，加热至所需温度，通入碳氢气体，这些气体分解并沉积在碳纤维织物周围和空隙中沉积碳。控制的主要参数有碳源气体种类、流量、沉积温度、压力和时间。沉积温
光伏热场碳碳复合材料 一、简介 光伏热场碳碳复合材料是一种新型的材料，结合了光伏和热场技术，具有优异的性能和广泛的应用前景。本文将对光伏热场碳碳复合材料的特点、制备方法、应用领域以及未来发展进行全面探讨。 二、特点 光伏热场碳碳复合材料具有如下特点： 1. 高热导率 光伏热场碳碳复合材料由碳纤维和石墨基体组成，具有较高的热导率。这使得该材料在吸收太阳能后迅速传导热量，提高了能源转换效率。 2. 高温稳定性 碳碳复合材料具有良好的高温稳定性，能够在高温环境下保持稳定的表现。这使得光伏热场碳碳复合材料成为一种理想的太阳能吸收材料。 3. 轻质化 由于碳纤维是一种轻质材料，光伏热场碳碳复合材料相对于传统的太阳能吸收材料更轻便。这不仅减轻了设备的重量，还提高了太阳能利用的灵活性。 三、制备方法 光伏热场碳碳复合材料的制备方法主要包括以下几个步骤： 1. 碳纤维制备 首先需要制备碳纤维，常见的制备方法包括热解聚丙烯、炭化纤维、石墨化纤维等。通过控制炭化工艺和石墨化工艺的参数，可以得到具有不同性能的碳纤维。
2. 石墨基体制备 将碳纤维与石墨粉末混合，并进行热压成型。在加热的过程中，石墨粉末填充碳纤维的间隙，形成石墨基体。 3. 碳化处理 在制备出的石墨基体中进行碳化处理，使其转化为碳碳复合材料。碳化处理可以通过低温碳化、高温碳化等方法进行。 四、应用领域 光伏热场碳碳复合材料在以下领域具有广泛的应用前景： 1. 太阳能发电 光伏热场碳碳复合材料作为太阳能吸收材料，可以将太阳能转化为电能。其高热导率和高温稳定性使得它在太阳能发电领域具有较高的效率和可靠性。 2. 热电转换器 光伏热场碳碳复合材料可以用于制备热电转换器，将热能直接转化为电能。由于碳碳复合材料的特殊性能，热电转换器在高温环境下仍然能够正常工作。 3. 高温储能设备 光伏热场碳碳复合材料的高温稳定性和轻质化特点使得它成为高温储能设备的理想材料。它可以用于制备高效、高温的储能装置，提供可靠的能源供应。 4. 航天航空领域 碳碳复合材料具有轻质、高温稳定性等特点，广泛应用于航天航空领域。光伏热场碳碳复合材料作为一种特殊的碳碳复合材料，在航天航空领域也有着广泛的应用前景。
碳碳复合材料 碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基复合材料组成的复合材料。它具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于航天、航空、能源、汽车等领域。 碳纤维是碳碳复合材料的主要组成部分之一，它具有轻、强、刚、耐高温等特点。碳纤维的强度比钢高五倍，刚度更高，而且密度只有一般钢材的四分之一。这种优异的性能使得碳纤维成为航天航空领域中的重要材料，如制造飞机翼、导弹外壳等。同时，碳纤维还可以用来制造汽车部件，如车身和刹车盘，以提高汽车的性能和燃油效率。 碳基复合材料是由含碳基体和碳基增强材料组成的复合材料。它具有良好的导热性能和高温稳定性，可以在高温和极端环境下工作。碳基复合材料通常用于制造火箭喷嘴、导弹外壳等需要耐高温和高速摩擦的部件。此外，碳基复合材料还具有良好的耐磨性能和耐腐蚀性能，可以用于制造机械密封件和化学设备。 碳碳复合材料由碳纤维和碳基复合材料通过炭化、烧结等工艺制得。碳纤维和碳基复合材料相结合，互补了各自的优点，形成了一种具有良好力学性能和热学性能的复合材料。碳纤维可以增加碳基复合材料的强度和刚度，而碳基复合材料可以提高碳纤维的热传导性能和高温稳定性。 由于碳碳复合材料的优异性能，它被广泛应用于航天、航空、能源和汽车等领域。在航天领域，碳碳复合材料可以用于制造
导弹外壳、火箭喷嘴等高温高速工作的部件。在航空领域，碳碳复合材料可以用于制造飞机翼、垂直尾翼等，提高飞机的性能和安全性。在能源领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的导热元件，提高核反应堆的效率和安全性。在汽车领域，碳碳复合材料可以用于制造车身和刹车盘，提高汽车的性能和燃油效率。 总之，碳碳复合材料具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于航天、航空、能源和汽车等领域，对推动高科技产业的发展和提高产品性能起到了重要作用。
行业标准《单晶炉用碳/碳复合材料发热体》 （预审稿）编制说明 一、工作简况 1、立项目的及意义 近年来，太阳能光伏发电产业发展突飞猛进，光电转换效率高的单晶硅更是备受青睐，当前，生产单晶硅的单晶硅直拉炉（简称单晶炉）的数量猛增，随即单晶炉中所使用的发热体用量随之大增。传统的石墨制品不仅力学性能差、易碎、加工难度较大，而且在当前单晶硅产量的增大和生产设备的大型化形势下，耗材型、成型尺寸受限更是弊端显露。作为新一代热场材料的碳/碳复合材料制品之一，本项目的碳/碳复合材料发热体既具有足够的强度，又可采取近净成形方式加工，可满足硅晶棒大尺寸化的需求，较好的抗热震性和较高的电阻率使其具有更广阔的应用前景。这些年，为了满足市场的需求，不少碳/碳复合材料生产企业投入人力、物力开发了碳/碳复合材料发热体，并在单晶硅生产企业进行了推广应用。制定单晶炉用碳/碳复合材料发热体标准，有利于规范其生产、经营、使用行为。 2、任务来源 根据工业和信息化部办公厅《关于印发2014年第三批行业标准修订计划的通知》（工信厅科函[2014]628号）精神，由湖南金博复合材料科技有限公司（金博科技）负责《单晶炉用碳/碳复合材料发热体》行业标准的起草制定工作，计划号为：2014-1285T-YB 要求完成时间为2015年。 3、标准项目承担单位简况 金博科技成立于2005年6月，是中南大学校长黄伯云院士领导的创新团队在先进碳/碳复合材料领域历时十余年科技攻关于2004年获得“国家技术发明一等奖”后，中南大学将重大科技成果转化和向碳/碳复合材料民用工业领域进军而注册成立的现代化公司，是一家集生产、方案设计、研发、销售于一体的应用碳纤维进行碳/碳复合材料制品生产的企业，为新能源、粉末冶金、机械等领域客户设计、生产各种系列的高性能碳/碳复合材料制品。 4、主要工作过程 金博科技负责单晶炉用碳/碳复合材料发热体的设计和研制工作，征求、收集、汇总碳/碳复合材料发热体的使用情况、用户需求及相关专家的意见，起草完善《单晶炉用碳/碳复合材料发热体》标准；并负责将按本标准生产的发热体在西安隆基硅材料股份 1
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种重要的 制备碳碳复合材料（C/C）的方法。碳碳复合材料具有优异的高温性能和抗氧化性能，因此在航空航天和汽车制造等领域有着广泛的应用。 本文将介绍化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理、工艺及其在工程 领域的应用。 一、碳碳复合材料的特点 1. 高温性能：碳碳复合材料具有优异的高温强度和稳定性，在高温下 依然能够保持较好的力学性能。 2. 抗氧化性能：碳碳复合材料在高温氧化条件下依然能够保持较好的 性能，不易氧化。 3. 导热性能：碳碳复合材料具有优异的导热性能，能够有效传导热量。 4. 轻质高强：碳碳复合材料具有较低的密度和较高的强度，是一种优 秀的结构材料。 二、化学气相沉积制备碳碳复合材料的原理 化学气相沉积是一种将气态前体物质经化学反应沉积到基底表面上形 成薄膜或者块体材料的方法。在制备碳碳复合材料中，通过该方法可
以实现碳元素在高温条件下的重复沉积，形成高纯度的碳碳复合材料。 1. 原料气体的选择：一般采用含碳气体作为原料气体，如甲烷、乙烷等，同时还需要控制供气速率和混合气的比例。 2. 反应机理：原料气体在高温条件下发生裂解或氧化等反应，产生碳 原子或碳烷基自由基。这些自由基在基底表面上发生聚合反应，逐渐 形成碳碳键，最终形成碳碳复合材料。 3. 控制条件：制备碳碳复合材料需要控制反应温度、反应压力、反应 时间等参数，来实现碳元素的高纯度沉积。 三、化学气相沉积制备碳碳复合材料的工艺步骤 1. 基底处理：对基底进行表面处理，包括清洗、激活等工艺，以增强 基底表面对碳的吸附能力。 2. 原料气体供给：将经过预处理的原料气体供给到反应室内，并在一 定的温度和压力条件下进行反应。 3. 沉积过程：原料气体在基底表面发生化学反应，并逐渐形成碳碳复 合材料。
碳碳热场单价纪要 碳碳热场是一种用于高温材料加热的技术，其基本原理是利用碳材料之间的电阻加热效应。本文将对碳碳热场的单价进行探讨，并对其在工业生产中的应用进行介绍。 一、碳碳热场的单价是什么？ 碳碳热场的单价是指单位面积的碳碳复合材料所能承受的热流密度。通常以W/cm^2（瓦/平方厘米）作为单位进行表示。这个数值决定了碳碳热场在高温环境下的耐热性能，也是评估其品质的重要指标之一。 二、碳碳热场的性能特点 1. 高温稳定性：碳碳复合材料具有良好的高温稳定性，能够在高温环境下长时间稳定工作，不易发生热膨胀或热裂纹现象。 2. 优异的导热性能：碳碳复合材料具有良好的导热性能，能够迅速均匀地传导热量，使加热均匀。 3. 低热负荷：碳碳热场在加热过程中可以实现高能量利用，发热效率高，热损失少。 4. 耐腐蚀性：碳碳复合材料具有良好的耐腐蚀性能，能够在腐蚀性气体或液体环境中长时间工作。 5. 高强度：碳碳复合材料具有优异的强度和刚度，能够承受较大的机械载荷。 三、碳碳热场的应用领域
1. 航空航天领域：碳碳热场广泛应用于航空航天器的热防护系统中，如航天飞机的热防护板、导弹的喷气舱等，能够有效抵御高温气流和火箭喷口高温气体的侵蚀。 2. 光伏产业：碳碳热场可以作为太阳能电池板的加热元件，提高太阳能电池板在低温环境下的发电效率。 3. 钢铁冶金：碳碳热场可以作为高温炉的加热元件，用于钢铁冶炼过程中的加热和保温，提高生产效率和产品质量。 4. 石油化工：碳碳热场可以作为高温反应器的加热元件，用于石油化工过程中的裂解、热解等反应，提高反应速率和产量。 5. 电子电器：碳碳热场可以作为高温炉的加热元件，用于半导体材料的生长、电子元器件的热处理等工艺，提高产品的性能和可靠性。 四、碳碳热场的发展趋势 随着现代工业的发展和对高温材料需求的增加，碳碳热场作为一种高性能的加热技术，具有广阔的发展前景。未来，碳碳热场将继续在航空航天、能源、电子电器等领域得到应用，并不断提高单价，以满足更高温度和更复杂工况下的加热需求。同时，碳碳热场的制造工艺和材料性能也将不断优化，以提高生产效率和产品质量。 总结： 碳碳热场作为一种高温加热技术，具有高温稳定性、导热性能优异、低热负荷、耐腐蚀性强等优点，在航空航天、光伏产业、钢铁冶金、石油化工、电子电器等领域得到广泛应用。随着技术的不断发展和
生产碳碳复合材料的气相沉积炉 气相沉积炉是一种用于生产碳碳复合材料的重要设备。碳碳复合材料具有高强度、高温抗氧化性能优异等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等领域。本文将介绍气相沉积炉的工作原理、结构特点以及碳碳复合材料的生产过程。 一、气相沉积炉的工作原理 气相沉积炉利用气相反应原料在高温条件下进行化学反应，使原料气体分解并在基体表面沉积形成固体材料。在碳碳复合材料的生产中，常用的气相原料有甲烷、乙烷等碳氢化合物。这些碳氢化合物在高温下分解，生成碳原子，并在基体表面沉积形成碳层。碳层的厚度可以通过控制沉积时间和温度来调节，从而实现对碳碳复合材料性能的调控。 二、气相沉积炉的结构特点 气相沉积炉通常由炉体、加热系统、反应室和气体输送系统等组成。炉体是气相沉积炉的主体部分，用于容纳反应室和加热系统。加热系统通常采用电阻加热方式，通过加热器使炉体达到所需的高温。反应室是气相沉积炉的核心部件，用于放置基体和控制沉积条件。气体输送系统用于输送反应所需的气体原料，并通过控制流速和压力来调节反应条件。 三、碳碳复合材料的生产过程 碳碳复合材料的生产过程通常包括基体预制、碳化和再热处理三个
阶段。首先，通过高温热解等方法，将预制的基体进行碳化处理，形成初级碳层。然后，通过气相沉积炉使碳氢化合物在基体表面沉积形成二次碳层。最后，通过再热处理，使碳层中的碳晶体重新排列，提高材料的结构稳定性和性能。 碳碳复合材料的生产过程中，气相沉积炉起到了至关重要的作用。它不仅能够控制碳层的厚度和均匀性，还能够调节沉积温度和时间，从而影响材料的微观结构和性能。通过优化气相沉积炉的工艺参数，可以实现碳碳复合材料的定制化生产，满足不同领域对材料性能的需求。 气相沉积炉是生产碳碳复合材料的关键设备之一。它通过控制化学反应条件和沉积参数，实现对碳碳复合材料性能的调控。随着碳碳复合材料在航空航天、汽车制造等领域的广泛应用，气相沉积炉的研发和优化将进一步推动碳碳复合材料的发展。
炭/ 炭复合材料的制备及研究进展 摘要：综合国内外各种文献资料，总结了炭炭复合材料的用途、制备工艺，简要介绍了几种主要的致密化方法，并对炭炭复合材料的抗氧化研究、石墨化研究做了初步的介绍，最后提出了炭炭复合材料今后发展的方向. 关键词：炭炭复合材料，致密化，化学气相沉积，抗氧化，石墨化. 1 引言 炭/ 炭复合材料是具有优异耐高温性能的结构与功能一体化工程材料。它和其它高性能复合材料相同, 是由纤维增强相和基体相组成的一种复合结构, 不同之处是增强相和基体相均由具有特殊性能的纯碳组成[1-2]。炭/ 炭复合材料具有低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2 000 C 以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性（组织成分及力学性能上均相容）、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能[1-3], 使炭/ 炭复合材料在众多领域有着广泛用途。 在发达国家，炭/ 炭复合材料已被成功用于航天飞机的机翼前缘、鼻锥、货舱门，高推动比战机发动机的涡轮，高性能火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室等，新一代先进飞机、坦克、赛车、高速列车等的刹车材料，以及火箭、飞机的密封圈等构件[4]，同时，炭/ 炭复合材料作为生物医学材料，人造心脏瓣膜、人工骨、牙种植体及作为植入材料用于矫形是近年来的研究重点[5-7]; 作为智能材料，由于其受拉力后电阻增加，是很好的拉伸传感器，具有广阔的发展前景[8]。 炭/炭复合材料由碳纤维增强碳基体复合而成。碳基体以热解炭的形式存在，由碳源先驱体经热解碳化而成。炭/炭复合材料的制备工艺包括: 碳纤维及其结构的选择; 基体碳先驱物的选择; 炭/炭复合材料坯体的成型工艺; 坯体的致密化工艺以及工序间和最终产品的加工等[9]。其中，关键技术在于坯体的致密化。 2 炭/炭复合材料的致密化工艺 传统的炭/炭复合材料致密化工艺主要有化学气相沉积（CVD、化学气相渗透（CVI）和浸渍法。国内外对这三种方法的研究比较多且比较成熟，因此，目前仍是制
碳碳复合材料概述 1概述 碳/碳复合材料就是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体的复合材料,就是具有特殊性能的新型工程材料,也称为“碳纤维增强碳复合材料”。碳／碳复合材料完全就是由碳元素组成,能够承受极高的温度与极大的加热速率。它具有高的烧蚀热与低的烧蚀率,抗热冲击与在超热环境下具有高强度,被认为就是超热环境中高性能的烧蚀材料。在机械加载时,碳/碳复合材料的变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂。 它的主要优点就是:抗热冲击与抗热诱导能力极强,具有一定的化学惰性,高温形状稳定,升华温度高,烧蚀凹陷低,在高温条件下的强度与刚度可保持不变,抗辐射,易加工与制造,重量轻。碳／碳复合材料的缺点就是非轴向力学性能差,破坏应变低,空洞含量高,纤维与基体结合差,抗氧化性能差.制造加工周期长,设计方法复杂,缺乏破坏准则。 1958年,科学工作者在偶然的实验中发现了碳/碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程研究人员的普遍重视。尽管碳/碳复合材料具有许多别的复合材料不具备的优异性能,但作为工程材料在最初的1０年间的发展却比较缓慢,这主要就是由于碳／碳的性能在很大程度上取决于碳纤维的性能与谈集体的致密化程度。当时各种类型的高性能碳纤维正处于研究与开发阶段,碳／碳制备工艺也处于实验研究阶段,同时其高温氧化防护技术也未得到很好的解决。在20世纪60年代中期到7０年代末期,由于现代空间技术的发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料的高温强度提出了更高要求,以及载人宇宙飞船开发等都对碳／碳复合材料技术的发展起到了有力的推功作用。那时,高强与高模量碳纤维已开始应用于碳／碳复合材料,克服碳／碳各向异性的编织技术也得到了发展,更为主要的就是碳／碳的制备工艺也由浸渍树脂、沥青碳化工艺发展到多种CVD沉积碳基体工艺技术。这就是碳/碳复合材料研究开发迅速发展的阶段,并且开始了工程应用。由于２0世纪70年代碳／碳复合材料研究开发工作的迅速发展,从而带动了80年代中期碳/碳复合材料在制备工艺、复合材料的结构设计,以及力学性能、热性能与抗氧化性能等方面基础理论及方法的研究,进一步促进与扩大了碳/碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域的推广应用。尤其就是预成型体的结构设计与多向编织加工技术日趋发展,复合材料的高温抗氧化性能已达１700ｏC,复合材料的致密化工艺逐渐完善,并在快速致密化工艺方面取得了显著进展,为进一步提高复合材料的性能、降低成本与扩大应用领域奠定了基础。目前人们正在设法更有效地利用碳与石墨的特性,因为无论在低温或很高的温度下,它们都有良好的物理与化学性能。碳/碳复合材料的发展主要就是受宇航工业发展的影响,它具有高的烧蚀热.低的烧蚀率、在抗热冲击与超热环境下具有高强度等一系列优点,被认为就是超热环境中高性能的烧蚀材料。例如,碳/碳复合材料制作导弹的鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹的突防能力与命中率。碳/碳复合材料具有一系列优异性能,使它们在宁宙飞船、人造卫星、航大飞机、导弹、原子能、航空以及一般工业部门中都得到了日益广泛的应用。它们作为宇宙飞行器部件的结构材料与热防护材料,不仅可满足苛刻环境的要求,而且还可以大大减轻部件的重量,提高有效载荷、航程与射程。碳/碳复合材料还具有优异的耐摩擦性能与高的热导率,使其在飞机、汽车刹车片与轴承等方面得到了应用。碳与生物休之间的相容性极好,再加上碳/碳复合材料的优异力学性能,使之适宜制成生物构件插入到活的生物机体内作整形材料,例如:人造骨路,心脏瓣膜等。今后,随着生产技术的革新,产量进步扩大.廉价沥青基碳纤维的开发及复合工艺的改进,使碳／碳复合材料将会有更大的发展。2碳／碳复合材料的制造工艺 最早的碳/碳复合材料就是由碳纤维织物二向增强的,基体由碳收率高的热固性树脂(如酚醛树脂)热解获得。采用增强塑料的模压技术,将二向织物与树脂制成层压体,然后将层压体进行