炭炭复合材料及其制备

炭炭复合材料炭炭复合材料是一种由炭素材料制成的复合材料，具有轻质、高强度和耐高温的特点，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着广泛的应用前景。

炭炭复合材料的制备方法主要包括炭化法、碳化法和热压法等，不同的制备方法可以得到不同性能的炭炭复合材料，因此选择合适的制备方法对于材料性能的提升至关重要。

炭炭复合材料的主要组成是碳纤维和碳基基体材料。

碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，是炭炭复合材料中的增强相，能够有效提高材料的强度和刚度。

而碳基基体材料则起着支撑和连接碳纤维的作用，能够有效减小材料的脆性，提高其韧性和耐磨性。

因此，合理选择和设计碳纤维和碳基基体材料的比例和结构，对于炭炭复合材料的性能具有重要影响。

在实际应用中，炭炭复合材料具有许多优异的性能。

首先，其具有极高的耐高温性能，能够在高温环境下长时间保持良好的力学性能，因此在航空航天领域有着广泛的应用。

其次，炭炭复合材料具有较低的密度和良好的耐腐蚀性能，能够满足汽车制造和化工设备等领域对材料轻量化和耐腐蚀的需求。

此外，炭炭复合材料还具有良好的导热和导电性能，适用于电子设备散热和导电部件的制造。

然而，炭炭复合材料也存在一些不足之处，例如其加工难度较大、成本较高等问题，限制了其在一些领域的广泛应用。

因此，如何降低炭炭复合材料的制备成本、提高其加工性能，是当前炭炭复合材料研究的热点之一。

总的来说，炭炭复合材料具有广阔的应用前景和发展空间，其优异的性能使其在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着重要的地位。

在未来的研究中，需要进一步优化炭炭复合材料的制备工艺，提高其性能和降低成本，以满足不同领域对材料性能的需求，推动炭炭复合材料的广泛应用和发展。

C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。

优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，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和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

缺点：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。

二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。

技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。

影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。

工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。

接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。

温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。

二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。

热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。

浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。

渗碳方法：化学气相沉积法。

基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。

化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。

炭炭复合材料热导率测定概述及解释说明1. 引言1.1 概述：炭炭复合材料是一种具有特殊结构和性能的材料，在热导率方面具有重要应用价值。

热导率是指材料传导热量的能力，它在许多领域中起着关键作用，例如电子器件散热、节能建筑等。

因此，了解炭炭复合材料的热导率及其测定方法对于进一步探索其性能和应用具有重要意义。

1.2 文章结构：本文将从几个方面对炭炭复合材料的热导率进行概述和解释说明。

首先，我们将介绍炭炭复合材料的定义和特点，包括其组成成分、微观结构及物理性质等方面。

其次，我们将详细探讨制备方法，包括碳化工艺、压制工艺等，并对各种方法进行比较和分析。

接着, 将介绍该材料在不同领域的应用情况，并阐述其优势和潜在问题。

然后，我们将给出关于测定方法的概述，包括测量原理、实验装置以及数据处理方法等内容。

1.3 目的：本文的目的是全面概述和解释炭炭复合材料的热导率及其测定方法，以促进人们对该特殊材料性能的深入了解。

通过本文的阐述，读者可以更好地理解炭炭复合材料的制备工艺、特性以及应用领域，并掌握相关测定方法。

此外，我们也希望能够为未来在该领域的进一步研究提供一些有益的启示和展望。

以上便是文章“1. 引言”部分内容撰写完毕。

2. 炭炭复合材料2.1 定义和特点炭炭复合材料是由炭素和石墨颗粒等碳质材料组成的复合材料。

它具有优异的导电性、高温稳定性、耐腐蚀性和机械强度，在多个领域都有广泛的应用。

2.2 制备方法炭炭复合材料的制备方法主要包括浸渍法、化学气相沉积法和压力过滤法等。

其中，浸渍法是最常用的方法之一。

该方法首先制备出具有良好孔隙结构的碳棉基体，然后通过浸渍方式将聚合物树脂或沥青渗透到碳棉中，最后经过高温热解处理得到了炭炭复合材料。

2.3 应用领域由于其导电性能好且能耐受高温环境，在航空航天、电子器件、汽车工业以及能源领域等都有广泛应用。

在航空航天领域，炭炭复合材料被广泛应用于导电件和隔热部件；在电子器件中，它可以用作散热材料，提高器件的散热效果；在汽车工业中，炭炭复合材料被应用于制动系统和发动机零部件等高温高压环境下的部件；而在能源领域，炭炭复合材料可用于核电站中的导热管道和隔热元件。

碳碳复合材料热容-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以按照以下方式来进行撰写：1.1 概述碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基基质构成的材料，具有轻量化、高强度、高温性能良好等优点，广泛应用于航空航天、汽车和电子等领域。

近年来，随着科技的不断发展，碳碳复合材料的热容性能逐渐受到人们的重视。

热容是指物质在吸收或释放热量过程中的温度变化能力，是评估材料热学性能的重要指标之一。

对于碳碳复合材料而言，其热容性能直接关系到其在高温环境下的稳定性和耐久性。

因此，研究碳碳复合材料的热容性能对于优化材料设计和提高材料性能具有重要的意义。

本文将对碳碳复合材料的热容性能进行全面的描述和分析。

首先，将介绍碳碳复合材料的定义和特点，包括其制备工艺、结构特征以及热学性能等方面的内容。

然后，将着重分析碳碳复合材料在高温环境下的热容性能，探讨其受热过程中温度变化规律以及热容值的计算方法。

最后，将总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，并展望未来研究方向，以期为碳碳复合材料的制备和应用提供科学的依据和指导。

通过对碳碳复合材料热容性能的深入研究，可以对该材料的高温应用能力和性能进行更加准确的评估，并为其在未来的研究和应用中提供参考和指导。

同时，对于碳碳复合材料以及其他相关研究领域的学者和科研人员也具有一定的参考价值。

在研究过程中，我们将通过综合运用理论分析和实验验证相结合的方法，力求全面准确地揭示碳碳复合材料的热容性能，以期为相关领域的深入研究和应用提供一定的理论和实践指导。

文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要通过以下几个方面对碳碳复合材料的热容进行探讨和分析。

首先，对碳碳复合材料的定义和特点进行介绍，以便读者能够对该材料有一个基本的了解。

其次，将重点关注碳碳复合材料的热容性能，探究其在热学方面的表现和应用。

最后，通过总结热容性能对碳碳复合材料的重要性，以及展望碳碳复合材料热容性能的未来研究方向，来对文章进行一个总结和展望。

C/C复合材料的制备及方法地点：山西大同大学炭研究所时间：5.31——6.3学习内容：一、C/C复合材料简述C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。

优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，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和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

缺点：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。

二、C/C复合材料的成型技术化学气相沉积法气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。

技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。

影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。

工艺方法：温度梯度法温度梯度法工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。

接近感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。

温度梯度法的设备如下图：三、预制体的制备碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。

二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭四、C/C的基体的获得C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。

热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。

浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂五、预制体和碳基体的复合碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。

渗碳方法：化学气相沉积法。

基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。

化学气相沉积法制备工艺流程：碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。

化学液气相沉积制备炭/炭复合材料的机理及研究进展发布时间：2022-11-09T08:28:16.929Z 来源：《科学与技术》2022年第14期作者：张稳，马佳维，姚成君，李俏，唐凤,赵娜娜，周凯兴[导读] 科技的发展，推进了工业生产，各类复合材料相继出现，为各行各业生产经营提供了有效支持张稳，马佳维，姚成君，李俏，唐凤,赵娜娜，周凯兴西安超码科技有限公司（陕西省西安市）710025摘要：科技的发展，推进了工业生产，各类复合材料相继出现，为各行各业生产经营提供了有效支持。

本文主要讲述了化学液气相沉积机理，并概括性总结了当前国内外此工艺的研究进展。

关键词：化学液气相沉积；炭/炭复合材料；机理；快速沉积0 引言从炭/炭复合材料实际应用看，表现出较多优势，不仅具有高强度、高抗热震性，同时也具有低密度、低烧蚀率、低热膨胀系数等优势，它具备了炭材料优异的高温性能，也有纤维增强复合材料良好的力学性能，由于诸多优势，使得炭/炭复合材料广泛应用于各个领域，比如飞机制造、火箭发动机喷管、机翼前缘等构件都可以看到此类材料，可见其具备不错发展前景。

除此之外，炭/炭复合材料也应用可以作为刹车材料使用，现己广泛应用；而将该材料应用到生物医学领域也取得不错的效果，比如人造心脏瓣膜、牙种植体、人工骨，也可以作为植入矫正材料，这也近年来该领域的研究热点方向。

1 不同类化学气相沉积工艺研究等温化学气相沉积工艺，主要就是在沉积炉内的等温空间中，放入炭纤维预制体，促使前驱体碳氢化合物和载气，顺利从预制体表面流过，并通过相应的扩散，最终进入到预制体内部，在这种模式下，会导致预制体表面气体浓度明显高于内部。

与反应气体扩散速率相比，非均相的表面反应所生成的热解炭速率会更快，此种情况下，热解炭出现的沉积现象主要出现在预制体孔隙入口首位，并不会在孔隙内发生沉积，所以，极易引发孔隙堵塞情况，导致发生闭孔现象，这种情况下，会对炭／炭复合材料致密化产生一定的影响，进而直接阻碍炭／炭复合材料性能的发挥。

缘乞科枚Journal of Green Science and Technology2020年］2月第24期生物炭复合材料的制备及其应用研究杨家II，蔡子睿，黄碧捷，左韧，王得梁（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）摘要：由于生物炭的制备及其应用是当前热点议题之一。

结合文献研究和实践的方法，对生物炭及其特性、生物炭及其复合材料的制备，以及生物炭在传统农业、环境保护及其他领域的应用及其前景进行了综述，以期为我国生物炭相关研究及其产业化发展提供参考。

关键词：生物炭；材料制备；环境保护中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1674-9944（2020）24-0209-041引言数百年前,亚马逊印第安人曾用“生物炭”来作为肥料，通过在农田中覆盖点燃植被得到的黑色土壤而使作物生产能力显著提升。

当前，关于生物炭固定碳源、治理环境的相关研究与应用逐渐兴起。

直接以生物炭（《Biochar》）命名的国际学术期刊也已于2019年创刊，生物炭相关领域的研究和应用受到广泛关注。

2生物炭及其特性生物炭是生物质原材料在厌氧或缺氧状态下、在温度«700°C）的条件下热解产生，具备含碳量高、较大比表面积特性的固体生物燃料⑴，生物炭水溶性低，熔沸点高。

生物炭与黑炭、活性炭及木炭等常见炭材料非常相似但又存在不同微观结构上，生物炭已高度竣酸酯化和芳香化，其表面富含轻基、酚轻基、竣基和内酯基等基团，具有较强的吸附能力、抗氧化能力和较高的生物学稳定性。

3生物炭及其复合材料制备3.1生物炭制备技术生物炭的制备技术主要有：高温裂解炭化、水热炭化、气化炭化和微波炭化等。

高温裂解炭化是生物质缺氧或微氧条件下的分解过程，根据生物质炭化过程中加热速率和反应所用时间，又可分为快速热解、中速热解、慢速热解和闪速热解⑷。

随着热解温度的升高与反应时间的缩减，生物炭的产出率在逐渐下降，而生物油的产率在逐渐升高，气体比例也随之下降。

炭/炭复合材料炭/炭复合材料是以炭纤维增强炭基体的复合材料，该材料源于一次意外的发现，1958年美国CHANCE VOUGHT实验室进行碳/酚醛实验时失误导致得到炭基体。

由此，在复合材料家族中又增加了一个新成员。

炭/炭复合材料的特点：炭/炭复合材料不仅具有其它复合材料的优点，同时又有很多独到之处。

(1) 其整个体系均由碳元素构成，由于碳原子彼此间具有极强的亲合力，使炭/炭复合材料无论在低温或高温下，都有很好的稳定性。

同时，炭素材料高熔点的本质属性，赋予了该材料优异的耐热性，可以经受住2000℃左右的高温，是目前在惰性气氛中高温力学性能最好的材料。

更重要的是这种材料随着温度的升高其强度不降低，甚至比室温时还高，这是其它结构材料所无法比拟的。

(2) 比重轻（小于2.0g/cm3），仅为镍基高温合金的1/4，陶瓷材料的1/2。

(3) 抗烧蚀性能良好，烧蚀均匀，可以承受高于3000℃的高温，运用于短时间烧蚀的环境中，如航天工业使用的火箭发动机喷管、喉衬等具有无与伦比的优越性。

(4) 耐摩擦磨损性能优异，其摩擦系数小、性能稳定，是各种耐磨和磨擦部件的最佳候选材料。

致密化工艺致密化技术是制备炭/炭复合材料的关键。

炭/炭复合材料的致密化方法主要分为两大类：树脂、沥青的液相浸渍工艺及碳氢化合物气体的气相渗透工艺（CVI）。

树脂浸渍工艺的典型流程是：将预制增强体置于浸渍罐中，在真空状态下用树脂浸没预制体，再充气加压使树脂浸透预制全体，然后，将浸透树脂的预制体放入固化罐内进行加压固化，随后在炭化炉中保护气氛下进行炭化。

由于在炭化过程中非碳元素分解，会在炭化后的预制体中形成很多孔洞，因此，需要多次重复以上浸渍、固化、炭化步骤，以达到致密化的要求。

沥青浸渍工艺与树脂浸渍工艺类似，不同之处是沥青需要在熔化罐中真空熔化，随后将沥青从熔化罐注入浸渍罐进行浸渍。

浸渍用前驱体需精心选择，它应具有残炭率高、粘度适宜、流变性好等特点。

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3)和优异的热性能，即高的导热性、低(石墨的理论密度为2.2 g/cm点，如密度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裂纹尖端的能量消耗在炭纤维的基体裂纹在界面会引起基体与纤维脱粘，应变，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。

碳碳复合材料概述1概述碳/碳复合材料是由碳纤维（或石墨纤维）为增强体，以碳（或石墨）为基体的复合材料，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 /碳复合材料完全是由碳元素组成，能够承受极高的温度和极大的加热速率。

它具有高的烧蚀热和低的烧蚀率，抗热冲击和在超热环境下具有高强度，被认为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。

它的主要优点是：抗热冲击和抗热诱导能力极强，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和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。

碳/碳复合材料的缺点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，这主要是由于碳/碳的性能在很大程度上取决于碳纤维的性能和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，高强和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、热性能和抗氧化性能等方面基础理论及方法的研究，进一步促进和扩大了碳/碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域的推广应用。