炭炭复合材料

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化学液相气化沉积制备的炭／炭复合材料组织均匀性研究

ｐｅｒｄｂｈｍｉａｉｕｄｖｐｒｚｄｉｆｌｒｔｏｒｐａｅｙｃｅｃｌｌｉ－ａｏｉｅｎｔａｉｎｑｉ
Ｌｉ— ｏＬｅｚｉＬｅｊｎＷＡＧＰｎ —ｕ，ｏｇｇｎＩｎｔ，ＩＫ — ，Ｉ－，ＮｅｇｙｎＨＥＹｎ —ａｇＸａｈＨｕ
（ａｂｎＣｒｏｏｐｓｅｎｉｅｒｇａｄＴｃｎｌｇｅｅｒｈＣｎｅ，ｏｔｗｓｒｏｙｃｎｃｎｖｒｔＸｈ７０７，ｈａＣｒｏ／ａｂｎＣｍｏｉｇｎｅｎｎｅｈｏｙＲｓａｅｔＮｒｅｔｎＰｌｔｈｉａＵｉｓｙｉｎ１０２Ｃｉ）ｔＥｉｏｃｒｈｅｅｌｅｉｎＡｂｔａｔＣｂｎｃｂｎ（／）ｃｍｏｉｓｅｅｐｅａｄｂｈｍｃｌｉｉ— ｐｒｅｆｔｔｎ（ＬＩｅｏ．ｈ — ｓｒｃ：ａｏ／ａｏｃｃｏｐｓｔｒｒｒｙｃｅｉａｌｕｄｖｏｉｄｉｉｒｉＣＶ）ｍｔｄＴｅｉｒｒｅｗｐｅｑａｚｎｌａｏｈｎ
匀性的主要因素。
关键词：／ＣＣ复合材料；化学液相气化沉积；织均匀性；组中图分类号：Ｂ３Ｔ３文献标识码：Ａ文章编号：０６２９（０７０－３－５１０ —７３２０）５０７４０
Ｓｕｙｏｉｒｓｒｃｕｅｕｉｏｍｉｙｏａｂｎａｂｎｃｍｐｓｔｓｔｄｎｍｃｏｔｕｔｒｎｆｒｔｆｃｒｏ／ｃｒｏｏｏｉｅ
ｐａｓａｍｐｏａｔｒｌｎｍｉｒｓｒｔｒｉｏｉｙｏｌｙｉｎｔｒｎｅｉｃｏｔｕｃｕｅｕｎｆｒｔｆＣ／Ｃｏｏｉｓｏｍｃｍｐｓｔ．ｅ

制氟用炭／炭复合材料电解板的实验与性能研究

材料电解板与炭电解板相比具有很高的力学性能，其拉伸强度、曲强度、缩强度都有很大的突破，电解槽中具有很弯压在
强的抗腐蚀能力，且具有良好的热学性能和较低的电阻率，长了电解板在电解槽中的使用寿命，少了电解板的更并延减换率。同时，用扫描电镜对断口进行微观结构的观察分析，明拉伸断口为脆性断裂。利表关键词：解板；氟；／复合材料电制炭炭
ＸＩｈ— ｈｏＡＯＺｉａ，ＪＮｈ— ａｃＩＺｉｏ，ｈ
ＳＨＡＯｉｈｎＵｕ — ｎＥＮＧｈ— ａｇ，ｎ —ｕＨａ— ｅｇ，ＳＪｎｍｉｇ，ＰｃＺｉｎＬＩＹｏｇｊｎｇ
（ｃｏｌｆＭａｅｉｌｃｅｃ，ＸｉａｉｏｏｇＵｎｖｒｉ１ＳｈｏｔｒａｓＳｉｎｅｏ ’ ｎＪａｔｎｉｅｓｔｙ，Ｘｉａ１０９Ｃｈｎ ’ ｎ７０４，ｉａ；
ｔｅｒａｍｅｐｒｅｓｎｕｒｔｅｔｎｔｏｃｓｉｇ．Ｔｈｎｔａａｌｅｂｅｈａｉｓｅｆｍａｅ，ｅｅｔｉａｒｓｓｉｉｙ，ｅｉｗｓｎａｙｚｄｙｍｃｎｃｐｒｏｒｎｃｌｃｒｃｌｅｉｔｖｔ
ｔｅｍａｅｆｒｎｅｈｒｌｐｒｏｍａｃ．Ａｔｔｅｓｍｅｔ，ｔｅｃ／ｏｏｉｓｅｅｔｏｙｉｌｎｓｔｓｅｎｅｅｔｏｈａｉｍｅｈｃｃｍｐｓｔｌｃｒｌｓｓｐａｋｗａｅｔｄｉｌｃｒ — ｅｂｔ．Ｔｈｅｕｔｈｗｅｈｔｃ／ｃｍｐｓｔｓｅｅｔｏｙｉｐａｋｈｄｈｇｃａｉｓｐｒｏｍａｃ，ａｈｅｒｓｌｓｓｏｄｔａｃｏｏｉｅｌｃｒｌｓｓｌｎａｉｈｍｅｈｎｃｅｆｒｎｅ

复合材料的研究热点

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各组元材料的优点，克服单一组元的缺陷。

复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料，根据基体种类可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和炭基复合材料等，按增强（韧）相可分为颗粒增强、晶须增强或纤维增强复合材料。

复合材料已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、体育器材、医疗器械等领域，近几年更是得到了突飞猛进的发展。

1金属基复合材料金属基复合材料是包括颗粒、晶须、纤维增强金属基体的复合材料。

金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展具有重要作用。

在该类材料中，所用基体金属包括轻合金（铝、镁、钛）、高温合金与金属间化合物，以及钢、铜、锌、铅等；增强纤维包括炭（石墨）、碳化硅、硼、氧化铝、不锈钢及钨等纤维；增强颗粒包括碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛、碳化硼等；增强晶须包括碳化硅、氧化硅、硼酸铝、钛酸钾等。

以上各种基体和增强体可组成大量金属基复合材料，但目前多数处于研发阶段，只有少数得到应用。

如硼、石墨纤维增强铝（镁）用于卫星、航天飞机结构、空间望远镜部件，碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于大推比飞机压气机部件，颗粒增强铝基复合材料（PRA）广泛用于航空、航天及汽车、电子领域。

在金属基复合材料中颗粒增强铝基复合材料最具发展潜力。

该材料具有比强度和比模量高，耐磨性、阻尼性及导热性好，热膨胀系数小等优异性能。

其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽车、电子信息和高速机械等民用领域。

发展目标是代替铝合金、钛合金、钢等用于制造高性能的构件，减重并提高性能和仪器精度。

美国已从Ф455mm圆坯中挤压出182kg重的SiCp/Al型材，并轧制出尺寸为3050mm×1320mm×3mm的板材，制造了火箭发动机、导弹和卫星上的零件。

炭／炭复合材料抗氧化研究进展

ｈｇ－ｔｍｐｒｔｒｐｌａｉｎ．ｎｔｉｐｐｒｏｉａｉｎｍｅｈｎｓｏｒｏ／ａｂｎｃｍｐｓｔｓａｄｔｉｈｅｅａｕｅａｐｉｔｓＩｈｓａｅｘｄｔｏｃａｉｍｆＣａｂｎＣｒｏｏｏｉｅｎｗｏｃｏ
ｂｎＣｒｏｏｏｉｅｔｈｇｅｅａｕｅｃｕｅｙａｄｎｈｎｉｉｒｆｈｓｈｒｓａｄｂｒｎｉｉ— ｏ／ａｂｎｃｍｐｓｔｓａｉｈｔｍｐｒｔｒａｓｄｂｄｉｇｔｅｉｈｂｔｓｏｏｐｏｕｎｏｏｓｎｏｐｔｏｕｅａｎｉｈｔｅｍｅｈｄｆｂｒｎ－ｄｐｎｏＣａｂｎＣａｂｎｃｍｐｓｔｓｔｅｐｅｅｅｔｌｄｓｒｄｃｄ，ｍｏｇｗｈｃｈｔｏｓｏｏｏ－ｏｉｇｔｒｏ／ｒｏｏｏｉｅ，ｈｒｆｒｎｉｉ— ａ
ｌｐｎｒｎｆｃａｉｇｓｓｅｒｌｏｄｓｒｂｄＦｎｌｔｅｉｃｅｓｎｎｏｉａｉｎｒｓｓａｃｆＣｒｏｍｅｔｔｅｄｏｏｔｎｙｔｍｓａｅａｓｅｃｉｅ．ｉａｌｈｎｒａｉｇｉｘｄｔｏｅｉｔｎｅｏａ — ｙ，
（中国石油大学，重质油国家重点实验室，重质油研究所，东营２７６）５０１
摘要：／ＣＣ复合材料的高温氧化性能限制了其在高温领域的广泛应用。本文简要介绍了ＣＣ复合材料的氧／
化机理及两种主要的抗氧化技术，即抗氧化涂层技术和内部抗氧化技术，并就ｒｖｈｘｄｔｎｒｓｓａｃｆＣａｂｎＣａｂｎｃｍｐｓｔｓｉｅｏｉａｉｎｒｓｓａｃｉｔｏｓｔｍｐｏｅｔｅｏｉａｉｅｉｔｎｅｏｒｏ／ｒｏｏｏｉ，．．ｘｄｔｅｉｔｎｅｏｅｏ

炭／炭复合材料的抗氧化研究现状

的几种典型结构。出了对于Ｃ／复合材料高温氧化保护研究方向的一些看法，提Ｃ阐明了其发展趋势及前景。
关键词：／ＣＣ复合材料；氧化；涂层抗中图分类号：ＴＱ１５６文献标识码：Ａ ‘
ＰＲｏＧＲＥＳＮＳＩＲＥＳＥＡＲＣＨｏＮｏＸＩＤＡＴＩｏＮＲＥＳＳＩＴＡＮＣＥ
收稿日期ｔ０６０ —２２０— ２２
此，／ＣＣ复合材料是炭一石墨材料家族中性能最好
的材料，目前已广泛应用于航天飞机的端头帽和机
翼前缘的热防护系统、洲际导弹的端头和鼻锥、火箭
发动机喷管、飞机刹车盘等，示出了极大的优越显
性［］１。但这些部件一般都在高温有氧条件下工作，／ＣＣ复合材料的起始氧化温度为３０，高于７℃ 而
５００ ℃时，／ＣＣ复大．幅度降低甚至全部丧失，导致ＣＣ复合材料毁灭性／破坏，约了ＣＣ复合材料的进一步广泛应用，制／为推动ＣＣ复合材料的实际应用必须将其氧化规律／
ｐｉｔｄｏｔＴｈｅｅｏｍｅｔａｄｆｒｕｅｗｅｅｄｓｒｂｄｏｎｅｕ．ｅｄｖｐｐｎｎｕｔｒｒ．ｅｃｉｅ．
ＫｅｒｓＣａｂｎｃｒｏｏｏｏｅ；ｏｉａｉｎｒｓｓａｃ；ｃａｉｇｙｗｏｄ：ｒｏ／ａｂｎｃｍｐｓｔｓｘｄｔｅｉｔｎｅｏｔｎｏ

炭纤维的用途

炭纤维的用途炭纤维是一种新型的高强度、高模量、高温稳定性的纤维材料，其特殊的物理和化学性质使其在许多领域都有广泛的应用。

本文将详细介绍炭纤维的用途。

一、航空航天领域炭纤维是航空航天领域中最先进的材料之一，其高强度、高刚度、高温稳定性和低密度等特点使其在飞机、导弹、卫星等领域得到广泛应用。

例如，炭纤维复合材料可以用于制造飞机机身、机翼、尾翼等部件，可以减轻飞机的重量，提高飞机的性能和燃油效率。

此外，炭纤维还可以用于制造导弹、卫星等高速飞行器的结构件，以提高其对高温、高压、高速等极端环境的适应性。

二、汽车工业炭纤维在汽车工业中的应用越来越广泛。

汽车制造商使用炭纤维复合材料来制造车身、底盘、发动机罩等部件，以减轻汽车的重量，提高汽车的燃油效率和性能。

炭纤维复合材料还可以用于制造赛车、超级跑车等高性能汽车的车身和部件，以提高其速度和操控性能。

三、体育用品炭纤维也被广泛应用于体育用品制造中。

例如，炭纤维复合材料可以用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车车架、滑雪板等产品。

这些产品因为使用了炭纤维复合材料而具有更高的强度、刚度和轻量化，从而提高了运动员的表现和体验。

四、医疗设备炭纤维还可以用于制造医疗设备，例如手术器械、人工关节、牙科设备等。

炭纤维具有高强度、高刚度、生物相容性等特点，可以满足医疗设备对材料性能的要求。

此外，炭纤维还可以用于制造人工血管、心脏支架等医疗器械，以帮助治疗心血管疾病等疾病。

五、建筑领域炭纤维还可以用于建筑领域。

例如，炭纤维复合材料可以用于制造桥梁、楼房、地铁隧道等建筑结构件，以提高其抗震性、耐久性和安全性。

炭纤维复合材料还可以用于装饰材料、地板材料等领域，以提高建筑物的美观性和舒适性。

六、其他领域除了以上几个领域，炭纤维还可以用于许多其他领域。

例如，炭纤维可以用于制造船舶、水下设备、石油钻探设备等海洋工程领域；可以用于制造电子设备、光学设备、舞台设备等高科技领域；可以用于制造防弹衣、安全带、防护面罩等安全防护领域。

LiMn2O4／活性炭复合材料的电化学性能研究

ＬＭｎＯｉ。的添加对于提高活性碳双电层电容性能的
影响。
果表明含８活性炭时的放电曲线也基本呈直线，Ｏ表
现出较好的电容特性，复合了２的ＬＭｎＯ，仅Ｏｉ２其
容量却增加了２；５交流阻抗结果表明含８活性炭Ｏ
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助
材
料
２０年期（）０７第４３卷８
ＬＭｎ０４活性炭复合材料的电化学性能研究ｉ２／
薛云，陈野，密林张
（哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，黑龙江哈尔滨１００）５０１
ｆ。将其与石墨、乙炔黑、聚四氟乙烯（ＴＦ）ＰＥ乳液按一
定的质量比例（０。１７５。１０。５混合，）加入适量的乙醇，水浴加热使乙醇微沸破乳，电极物质搅成团状，将
在泡沫镍（厚度１８．ｍｍ，．～２０孔径０１．５．～０１ｍｍ，孔率＞９）５上涂布成面积为ｌｍ。的研究电极。ｃ
的复合电极的溶液欧姆电阻仅为Ｏ１呈现出更理想．Ｑ，
的电容行为。
２实
验
２１试剂．
碳酸锂（析纯）二氧化锰（析纯）分，分，无水乙醇（析纯）活性炭，墨，分，石乙炔黑，四氟乙烯（ｏｙｅ— 聚ｐｌｔｔ
２４电极材料表征．
多［１ｇ ¨。但在金属氧化物电极材料中，ｕ。价格昂￣ＲＯ

热解炭、热解石墨、树脂炭及沥青炭

热解炭（热解石墨）、树脂炭及沥青炭的一般概念与物理化学性能一、热解炭和热解石墨热解炭和热解石墨是一种新型的炭和石墨材料。

由于它们具有许多特殊的物理性能，所以已经在宇航、导弹工业、电子材料及原子能工业中获得应用，它们都是利用一种“化学气相沉积”工艺生产的，也就是某些碳氢化合物气体在高温基体表面热分解而沉积炭或石墨的过程。

热解炭与热解石墨的区别在于采用的工艺条件（主要是温度）与基体的不同。

沉积热解石墨时，采用高的多的温度（2200℃以上），在基体表面产生致密的涂层，除去基体以后，可以得到独立的热解石墨壳体，或者保持独立完整的涂层与基体结合在一起使用。

热解炭一般是作为提高多孔材料的密度而使用，起材料的增强作用。

它也可以作为表面涂层，但沉积温度一般要低一些。

即使同属于热解炭（热解石墨），由于沉积温度与气体浓度的不同其物理性质也会有所差异。

在比较低的温度下沉积得到的热解炭，为了改善和提高其物理性能，可以在2700～3000℃高温下进一步热处理，这样也可得到热解石墨。

目前，热解炭的用途及产量比热解石墨大得多。

热解炭沉积产物的密度主要取决于沉积温度，一般认为，在1700℃时沉积的密度最小，只有1.14g/cm3,在2100℃时沉积的密度最大，密度为2.0～2.09 g/cm3的热解炭，在1200～1400℃的密度与在2100℃时相同，但生成速度慢。

热解炭是碳氢化合物气体(如丙烷、甲烷等)在高温炉内经热解、缩聚等复杂过程使碳沉积在基体(如石墨材料等)上而制成的。

热解炭主要用于制作火箭喷管喉衬、电子管栅极以及炭质心脏瓣膜、炭质骨或关节、核燃料球的涂层等。

热解炭按生产工艺条件的不同，可分为高温热解炭和低温热解炭。

高温热解炭的沉积温度较高(1800℃以上)，炉内气体压力(炉压)较低(十几mmHg)，基体一般是静止的。

低温热解炭的沉积温度较低(1500℃以下)，炉压较高(十几～760mmHg)，基体有静止的(如以炭纤维编织物为基体制造的炭—炭复合材料)和非静止的(如用流化法制造的热解炭材料)。

多元耦合场CVI法快速致密化炭／炭复合材料研究

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张明瑜等：元耦合场ＣＶ法快速致密化炭／复合材料研究多Ｉ炭
多元耦合场ＣＶＩ快速致密化炭／复合材料研究 ’ 法炭
张明瑜，黄启忠，谢志勇，苏哲安，尹彩流，伯云黄
粗磨、细磨、光后在德国产Ｍｅ３金相显微镜下使抛ＦＡ
用正交偏光观察，析试样中热解炭的组织特征和生分
遍采用等温化学气相渗透工艺（Ｃ）其一个完整周ＩＶＩ，
期达数千小时，致密化工艺占总成本的６～使０７。而采用快速致密化技术以后，制备周期将降至０
积速率在６６ｍ／．／ｈ以上。分析了炭／ｘ炭致密化的过程
和热解炭的沉积机理，明多元耦合场加速了热解炭说
的沉积，短了致密化时间，低了成本。缩降
２实验
２１制备方法．
预制体内部设计了专门的导电发热层，用温度场、利电磁场、浓度场等的相互作用与配合，使各因素的相互竞争向有利于炭／复合材料快速致密化、炭均匀的密度和结构转变，快速制备了炭／复合材料。研究了石油液炭化气的致密速度，并对其快速沉积机理作了探讨。
１５ ℃ ，００系统的气氛压力为０１０Ｐ，．￣３ｋａ流量为０１．～０５／，．ｍ。ｈ沉积时间为４２ｈ所有样品均为一次性沉￣０；积所得；石墨化处理温度为２０ ℃ ，间２。３０时ｈ

CC复合材料的氧化烧蚀与应用详解

3.3.2 固相复合技术
将抗烧蚀组元以固相颗粒的形式引入C/C复合材料中，抗烧蚀组元可能是单质元素，如Si、Ti、Zr等也可能是碳化物ZrC、TaC和SiC,硼化物 HfB2和ZrB2，硅化物TiSi3、MoSi2等

将超高温陶瓷粉末ZrB2、TaC 、HfC粉末加入预制体中，然后通过等温化学气相沉积(ICVI)制备出C/C-ZrB2、C/C-SiC-ZrB2、C/C-SiC-ZrB2-HfC等复合材料。当热流密度为3920kW/m2时，C/C-ZrB2复合材料抗烧蚀性能优于其他几种。当热流减小时，SiC的添加有助于抗烧蚀性能的提高，HfC的加入可提高 C/C-SiC-ZrB2复合材料的抗烧蚀性能而TaC的引入则会降低抗烧蚀性能。
实验结果表明，热解炭片层结构的取向对C/C复合材料的烧蚀性能有显著的影响。具有粗糙层结构的C/C复合材料石墨化度高，不同炭结构之间结合好，线烧蚀率和质量烧蚀率较小，抗烧蚀性能好；此外材料的密度也有影响。

3.3 基体改性

基体改性法是指在C/C复合材料的基体中加入抑制剂或抗烧蚀组元，
在高温下隔离炭材料表面活性点，提高氧化起始温度，还可以形成玻

战略导弹：鼻锥驻点温度达到7000K易严重烧蚀，若出现不
超音速飞行器：发动机罩进气室、机翼引擎以及鼻锥部分温
对称烧蚀易影响飞行稳定性

度一般为2000~2400℃高温；超燃冲压发动机长时间处于高温、
大热流等极端恶劣环境下

1.1 C/C复合材料的优点：

C/C复合材料具有低比重、高比强度、高比模量、低热膨胀

3.3.3 先驱体浸渍裂解转化法（PIP）
工艺基本步骤是在一定的压力和温度条件下，将炭纤维预制体放入先驱体有机聚合物中浸渍，烘干溶剂后在一定条件下交联固化，再在一定气氛下进行高温热处理，使先驱体成功的从有机物裂解为无机物，进而转变为陶瓷基体，经过一定周期的反复的浸渍裂解最终获得所需密度的复合材料。

炭毡／炭复合材料的氧化防护

其是力学性能。为此，们对于提高炭／人炭材料的抗
氧化性能进行了大量的研究。提高炭／炭材料抗氧化性的主要方法是在其表面覆盖一层保护层。例如，炭／材料表面覆盖在炭
ＳＣ，Ｎ［ＢＣ，２一ＳＯ２陶瓷涂层可ｉ【Ｔｉ，４ｔＡ１Ｏ３ｉ【等。以显著提高材料的抗氧化性。这些陶瓷涂层一般都
溶液浸溃，０口热处理后的炭毡／复合材料在６０下氧化几乎没有失重。８０炭０口
关键词：毡／复合材料；氧化；浸溃；／摩尔炭炭抗ＰＡ１
中图分类号：Ｔ６Ｑ１５文献标识码：Ａ
ｏＸＩＤＡＴＩｏＮＰＲｏＴＥＣＴＩｏＮｏＦＣＡＲＢｏＮ
１前言
炭／复合材料因具有轻质、炭耐磨、比强度、高高
韧性和良好的热稳定性等优异性能，广泛用于航被天、航空、事及民用工业领域ｎ。在惰性或真空气军］
氛中，／复合材料可以在高温下保持其室温下的炭炭
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２００７年第３期总第１１３期
文章编号：０１８４（０７０ — ０２ — ０１０ — ９８２０）３０９４
炭
素
・２・９
ＣＡＲＢ０Ｎ
炭毡／复合材料的氧化防护炭
郭伟明，肖汉宁，昆聂
（湖南大学材料科学与工程学院，长沙４０８）１０２

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1 C/C复合材料概述炭/炭复合材料(C/C)是由炭纤维及其制品(炭毡或炭布)增强的炭纤维复合材料。

C/C的组成元素只有一个，即碳元素，因而C/C具有许多炭和石墨材料的优点，如密度低(石墨的理论密度为2.2 g/cm3)和优异的热性能，即高的导热性、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等特性。

作为新型结构材料，C/C还具有优异的力学性能，如高温下的高强度和模量，尤其是其随温度的升高，强度不但不降低，反而升高的特性以及高断裂韧性、低蠕变等性能。

这些特性，使C/C复合材料成为目前唯一可用于高温达2800 ℃的高温复合材料。

C/C复合材料自上世纪60年代问世以来，在航空航天、核能、军事以及许多民用工业领域受到极大关注，并得到迅速发展和广泛应用。

1.1 C/C复合材料的性能特点(1) 物理性能C/C复合材料在高温热处理后的化学成分，碳元素高于99%，像石墨一样，具有耐酸、碱和盐的化学稳定性。

其比热容大，热导率随石墨化程度的提高而增大，线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。

(2) 力学性能C/C复合材料的力学性能主要取决于炭纤维的种类、取向、含量和制备工艺等。

单向增强的C/C复合材料，沿炭纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍。

C/C复合材料的高强高模特性来自炭纤维，随着温度的升高，C/C复合材料的强度不仅不会降低，而且比室温下的强度还要高。

一般的C/C复合材料的拉伸强度大于270 MPa，单向高强度C/C复合材料可达700 MPa以上。

在1000 ℃以上，强度最低的C/C复合材料的比强度也较耐热合金和陶瓷材料的高。

C/C复合材料的断裂韧性与传统的炭材料相比，有极大的提高，其破坏方式是逐渐破坏，而不是突然破坏，因为基体炭的断裂应力和断裂应变低于炭纤维。

经表面处理的炭纤维与基体炭之间的化学键与机械键结合强度强，拉伸应力引起基体中的裂纹扩展越过纤维/基体界面，使纤维断裂，形成脆性断裂。

而未经表面处理的炭纤维与基体炭之间结合强度低，C/C复合材料受载一旦超过基体断裂应变，基体裂纹在界面会引起基体与纤维脱粘，裂纹尖端的能量消耗在炭纤维的周围区域，炭纤维仍能继续承受载荷，从而呈现非脆性断裂方式。

(3) 热学及烧蚀性能C/C复合材料导热性能好、热膨胀系数低，因而热冲击能力很强，不仅可用于高温环境，而且适合温度急剧变化的场合。

其比热容高，这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。

C/C复合材料是一种升华-辐射型烧蚀材料，且烧蚀均匀。

通过表层材料的烧蚀带走大量的热，可阻止热流传入飞行器内部。

因此该材料被广泛用作宇航领域中的烧蚀防热材料。

(4) 摩擦磨损性能C/C复合材料中炭纤维的微观组织为乱层石墨结构，其摩擦系数比石墨高，特别是它的高温性能特点，在高速高能量条件下摩擦升温高达1000 ℃以上时，其摩擦性能仍然保持平稳，这是其它材料所不具备的。

因此，C/C复合材料作为军用和民用飞机的刹车盘材料被越来越广泛的应用。

1.2 C/C复合材料的制备方法C/C复合材料发展至今已有50多年的历史了，自从1958年美国空军材料实验室工作人员由于固化树脂基复合材料不慎，温度失控制备出C/C复合材料之后，几十年来，C/C复合材料取得迅速发展。

1965年出现了化学气象沉积(Chemical Vapor Deposition 缩写CVD) C/C复合材料，当时称之为RPG，即增强热解石墨的意思。

而热解石墨早在1880年由Sawyer制造出来了，开始人们只能用它作为灯丝和碳膜电阻。

到了上世纪60年代由于军备竞赛日趋严重，热解石墨才被考虑用于固体火箭喷管和导弹再入热防护。

然而，由于热解石墨是层状结构，内应力非常大，很难制成完整部件，在航天应用中屡遭失败。

1965年出现的RPG不仅解决了热解石墨固有的一些缺点也给新的航天事业带来了黎明的曙光，由美国超高温公司Sandia实验室制备的RPG端头体1970年两次经过再入飞行试验。

1973年由于美国空军和海军的介入，从此C/C复合材料走向了十分保密的阶段。

但是，资料已透漏，C/C复合材料作为飞机刹车片1972年已获得巨大成功。

一般C/C复合材料的致密化工艺根据致密化手段的不同分为液相浸渍法(通常简称为浸渍法)，化学气相沉积/渗透法(简称CVD/CVI法)。

C/C复合材料的制备工艺流程如图1。

目前飞机刹车用C/C复合材料的主要制备方法为化学气相渗透法。

以下简要介绍C/C复合材料制备的CVI工艺：图1 C/C复合材料的工艺流程图1.2.1液相浸渍工艺液相浸渍工艺仍是制备C/C复合材料的一种主要工艺。

它是采用含炭有机物对坯体进行浸溃，然后在惰性气氛下炭化、石墨化，从而得到C/C复合材料。

用于C/C复合材料致密化的前驱体主要有热固性树脂和热塑性沥青两大类。

选择时要考虑这些前驱体的粘度、残炭率、炭的结构以及对复合材料性能的影响等因素。

大多数树脂在低温下(<250℃)聚合形成高度交联、热固性无熔玻璃态固体，热解时形成玻璃炭且很难石墨化。

沥青具有低软化点、低粘度和高残炭率的特点，沥青炭易于石墨化。

常压下沥青的残炭率通常为50%左右，但当其100MPa的高压下裂解时产炭率可达90%以上。

据此，发展了高压浸渍—炭化工艺（PIC）。

PIC工艺在热等静压炉中完成，不仅可以提高产炭率，而且可以有效地防止沥青被热解产物挤出气孔外，从而大大提高致密化效率。

为了得到密度较高的C/C复合材料，采用液相浸渍工艺一般需反复进行浸渍→炭化过程(一般为5-7个周期)采用PIC工艺虽可提高产炭率，大幅度缩短工艺周期，但由于在高压下进行，需造价昂贵的设备。

液相浸渍法的优点是采用常见的模压及加压粘结技术，容易制得致密、密度比较均匀和尺寸稳定的制品。

与CVD法相比，它所需的工艺周期要短，成本要低。

缺点是纤维与基体结合不好。

这是由于在炭化时，沥青或树脂分解产生大量气体，气体要逸出，基体要收缩，于是产生裂纹、孔隙。

Schmidt报道，CVD炭与纤维之间的结合强度可达27 MPa，而与树脂炭结合强度只有几个MPa，这就是C/C刹车盘的生产一般不单独采用液相浸渍法的原因。

1.2.2 化学气相渗积工艺的特点化学气相渗积(Chemical Vapor Infiltration, CVI)的方法也常常称为化学气相沉积(CVD)，沉积炭的过程是气相碳氢分子在加热的纤维表面上“裂解”沉积出炭，副产物氢排掉。

因为炭填充的是纤维骨架中的空洞，整体不缩小，集体不收缩，不会产生像浸渍树脂和沥青方法中基体出现的裂纹，材料性能特别优异。

一般来说，化学气相渗积的工艺具有以下一些特点：(1) 在比较低的温度下，通常1000 ℃左右，就能沉积出熔点高达1000 ℃以上的材料，这样就避免了在高温复合过程中由于热力学状态不稳定纤维与基体间发生化学反应，它可以制备出用其它方法无法实现的复合材料。

(2) 化学气相渗积过程对纤维增强骨架没有任何损坏作用，从而保证了材料结构的完整性与高的强度。

(3) 化学气相渗积工艺灵活，通过改变工艺方法，变换工艺参数，可以制备出双基元、纳米基、梯度基以及各种复杂结构的复合材料，有利于实现才来哦结构设计，使材料多功能化。

(4) 化学气相渗积工艺可控制材料当量配比、晶体结构及晶体取向，可制备出很纯的材料，特别是围绕纤维沉积的基体不发生凝固时的收缩，大大减缓了材料内部应力，材料强度大，再加上它良好的摩擦磨损性能，绝大多数飞机刹车材料都采用CVI工艺制造。

1.2.3 传统CVI工艺CVI工艺是把炭纤维预制体置于化学气相沉积炉中，加热至所要求的温度，通入前驱体气体和稀释气体(如甲烷，乙烷，乙烯，丙烯等)，前驱体发生热分解反应并在炭纤维上生成热解炭，以填充纤维预制体中的孔隙。

化学气相渗积法是制备高品质C/C复合材料最理想的致密方法。

CVI工艺基本原理比较清楚，但具体制备技术、炉子设计及工艺条件等，制造厂家都保密。

目前研究人已用到的有以下几种化学气相渗积，这几种方法可分为传统的CVI工艺。

传统的CVI工艺包括均热法、热梯度法、压差法、脉冲法，其示意图如图2所示。

(1) 等温法该工艺是将纤维预制体置于等温反应室内，在一定的反应压力下，让前驱体气体不断从预制体表面流过，靠气体的扩散作用，气体进入样品孔隙内发生热解反应并发生沉积，图2(a)为该工艺的示意图。

碳氢气体扩散到预制体孔隙里经过一系列裂解渗积出炭，释放出氢。

为了避免孔隙进口被堵塞，表面的反应速率必须低于扩散速率。

遗憾的是，这样一来，增重的速率就会降低，而且工艺时间特别长。

另外，随着孔隙率的降低，致密化速率会减慢，要达到完全致密化实际上不可能。

可以预料，在选择等温法工艺参数时既要考虑材料致密化程度也要从经济上考虑渗积速率。

在实际生产中，样品需要表面加工，打开堵塞的孔，然后继续致密化，这样周期常常要重复3-4次。

另外，为了得到需要的力学性能和热学性能，密度要达到一定程度，这就需要很长的时间(一般均在800小时以上)。

(2) 热梯度法该工艺的基本原理是：沿预制件厚度或径向形成较大的温度梯度。

前驱体从预制件的较低温度一侧(冷区)流过，靠扩散作用到达较高温度一侧(热区)发生反应，热解炭围绕纤维生长。

由于反应速度通常随温度升高呈指数增加，气体在到达热区之前，几乎不发生沉积或只发生轻微沉积。

随着沉积的进行，热区附近孔隙逐渐被填满或封闭，气孔率降低，形成比较致密的沉积带，致密部分由于热导率的提高使得沉积带外围温度逐渐升高，当它们达到沉积温度时，沉积过程就得以持续进行。

致密化过程就是以这种方式从热区逐渐向冷区表面推进，其示意图如图2(b)所示。

在实际工艺过程中，随着沉积带增厚，热损失增加，导致沉积带前沿温度降低，为了维持反应在指定温度下进行，在CVI过程中，需要随时提高热面的温度以补偿热损耗。

这种方法常常采用感应加热，感应线圈需要与工件配合，每一种工件都需要配有一种线圈。

(3) 压差法压差法就是在气体流入及流出的方向上建立起压力差，让前驱体和稀释气体强制流过纤维预制体，通过热解反应在纤维外围沉积出热解炭，其示意图如图2(c)。

该工艺的关键在于配合CVD炉内的结构设计，使气体通道必须经过纤维预制体，这样经过多孔体的气体由于部分受阻，流出的气体压力必然降低，就会形成压差，成为强制流动的推动力。

随着沉积过程的进行，多孔体中的孔隙度越来越低，气体受到的阻力越来越大，这样在进气方向上，试样表间的沉积速率也越来越快。

当表面形成一个封闭的涂层，气体渗透就会停止，沉积过程中，要监控进气端的压力，当其增至一定值后，就要停炉。

因此，和均热法一样，压差法同样需进行中途机加工除去表面涂层，再继续沉积。

不过，压差法在坯体的致密化早期的沉积速率较快，因此，压差法对透气性好的坯体进行预沉积仍然是有利的。