碳_碳复合材料概述

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]。

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。

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(de)复合材料,是具有特殊性能(de)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(de)温度和极大(de)加热速率.它具有高(de)烧蚀热和低(de)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(de)烧蚀材料.在机械加载时,碳／碳复合材料(de)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(de)主要优点是：抗热冲击和抗热诱导能力极强,具有一定(de)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(de)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(de)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(de)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(de)普遍重视.尽管碳／碳复合材料具有许多别(de)复合材料不具备(de)优异性能,但作为工程材料在最初(de)10年间(de)发展却比较缓慢,这主要是由于碳／碳(de)性能在很大程度上取决于碳纤维(de)性能和谈集体(de)致密化程度.当时各种类型(de)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(de)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(de)发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料(de)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(de)发展起到了有力(de)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(de)编织技术也得到了发展,更为主要(de)是碳／碳(de)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(de)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(de)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(de)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(de)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(de)推广应用.尤其是预成型体(de)结构设计和多向编织加工技术日趋发展,复合材料(de)高温抗氧化性能已达1700oC,复合材料(de)致密化工艺逐渐完善,并在快速致密化工艺方面取得了显着进展,为进一步提高复合材料(de)性能、降低成本和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和石墨(de)特性,因为无论在低温或很高(de)温度下,它们都有良好(de)物理和化学性能.碳／碳复合材料(de)发展主要是受宇航工业发展(de)影响,它具有高(de)烧蚀热．低(de)烧蚀率．在抗热冲击和超热环境下具有高强度等一系列优点,被认为是超热环境中高性能(de)烧蚀材料.例如,碳／碳复合材料制作导弹(de)鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹(de)突防能力和命中率.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(de)应用.它们作为宇宙飞行器部件(de)结构材料和热防护材料,不仅可满足苛刻环境(de)要求,而且还可以大大减轻部件(de)重量,提高有效载荷、航程和射程.碳／碳复合材料还具有优异(de)耐摩擦性能和高(de)热导率,使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到了应用. 碳与生物休之间(de)相容性极好,再加上碳／碳复合材料(de)优异力学性能,使之适宜制成生物构件插入到活(de)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(de)革新,产量进步扩大．廉价沥青基碳纤维(de)开发及复合工艺(de)改进,使碳／碳复合材料将会有更大(de)发展. 2碳／碳复合材料(de)制造工艺最早(de)碳／碳复合材料是由碳纤维织物二向增强(de),基体由碳收率高(de)热固性树脂(如酚醛树脂)热解获得.采用增强塑料(de)模压技术,将二向织物与树脂制成层压体,然后将层压体进行热处理,使树脂转变成碳或石墨.这种碳／碳复合材料在织物平面内(de)强度较高,在其他方向上(de)性能很差,但因其抗热应力性能和韧性有所改善,并且可以制造尺寸大、形状复杂(de)零部件,因此,仍有一定用途.为了克服两向增强(de)碳／碳复合材料(de)缺点,研究开发了多向增强(de)碳／碳复合材料.这种复合材料可以根据需要进行材料设计,以满足某一方向上对性能(de)最终要求.控制纤维(de)方向、某一方向(de)体积含量、纤维间距和基体密度,选择不同类型(de)纤维、基体和工艺参数,可以得到具有需要(de)力学、物理及热性能(de)碳／碳复合材料. 多向增强(de)碳／碳复合材料(de)制造分为两大步：首先是制备碳纤维预制件,然后将预制件与基体复合,即在预制件中渗入碳基体.碳／碳复合材料制备过程包括增强体碳纤维及其织物(de)选择、基体碳先驱体(de)选择、碳／碳预成型体(de)成型工艺、碳基体(de)致密化工艺,以及最终产品(de)加工、检测等环节. （1）碳纤维(de)选择碳纤维纱束(de)选择和纤维织物结构(de)设计是制造碳／碳复合材料(de)基础.可以根据材料(de)用途、使用(de)环境以及为得到易于渗碳(de)预制件来选择碳纤维.通过合理选择纤维种类和织物(de)编织参数(如纱束(de)排列取向、纱束间距、纱束体积含量等),可以改变碳／碳复合材料(de)力学性能和热物理性能,满足产品性能方向设计(de)要求.通常使用加捻、有涂层(de)连续碳纤维纱.在碳纤维纱上涂覆薄涂层(de)目(de)是为编织方便,改善纤维与基体(de)相容性.用做结构材料时,选择高强度和高模量(de)纤维．纤维(de)模量越高,复合材料(de)导热性越好；密度越大,膨胀系数越低.要求导热系数低时,则选择低模量(de)碳纤维.一束纤维中通常含有1000-10000根单丝,纱(de)粗细决定着基体结构(de)精细性.有时为了满足某种编织结构(de)需要,可将不同类型(de)纱合在一起.另外,还应从价格、纺织形态、性能及制造过程中(de)稳定性等多方面(de)因素来选用碳纤维.可供选用(de)碳纤维种类有粘胶基碳纤维、聚丙烯腊(PAN)基碳纤维和沥青基碳纤维. 目前,最常用(de)PAN基高强度碳纤维(如T300)具有所需(de)强度、模量和适中(de)价格.如果要求碳／碳复合材料产品(de)强度与模量高及热稳定性好,则应选用高模量、高强度(de)碳纤维；如果要求热传导率低,则选用低模量碳纤维(如粘胶基碳纤维).在选用高强碳纤维时,要注意碳纤维(de)表面活化处理和上胶问题.采用表面处理后活性过高(de)碳纤维,使纤维和基体(de)界面结合过好,反而使碳／碳呈现脆性断裂,导致强度降低.因此,要注意选择合适(de)上胶胶料和纤维织物(de)预处理制度,以保证碳纤维表面具有合适(de)活性. （2）碳纤维预制体(de)制备预制体是指按照产品(de)形状和性能要求,先将碳纤维成型为所需结构形状(de)毛坯,以便进一步进行碳／碳致密化工艺.按增强方式可分为单向纤维增强、双向织物和多向织物增强,或分为短纤维增强和连续纤维增强.短纤维增强(de)预制体常采用压滤法、浇铸法、喷涂法、热压法.对于连续长丝增强(de)预制体,有两种成型方法：一种是采用传统(de)增强塑料(de)方法,如预浸布、层压、铺层、缠绕等方法做成层压板、回旋体和异形薄壁结构；另一种是近年得到迅速发展(de)纺织技术——多向编织技术,如三向编织、四向编织、五向编织、六向编织以至十一向编织、极向编织等.单向增强可在一个方向上得到最高拉伸强度(de)碳／碳.双向织物常常采用正交平纹碳布和8枚缎纹碳布.平纹结构性能再现性好,缎纹结构拉伸强度高,斜纹结构比平纹容易成型.由于双向织物生产成本较低,双向碳／碳在平行于布层(de)方向拉伸强度比多晶石墨高,并且提高了抗热应力性能和断裂韧性,容易制造大尺寸形状复杂(de)部件,使得双向碳／碳继续得到发展.双向碳／碳(de)主要缺点是：垂直布层方向(de)拉伸强度较低,层间剪切强度较低,因而易产生分层. 多向编织技术能够针对载荷进行设计,保证复合材料中纤维(de)正确排列方向及每个方向上纤维(de)含量.最简单(de)多向结构是三向正交结构.纤维按三维直角坐标轴x、y、z排列,形成直角块状预制件.纱(de)特性、每一点上纱(de)数量以及点与点(de)间距,决定着预制件(de)密度、纤维(de)体积含量及分布.在x、y、z三轴(de)每一点上,各有一束纱(de)结构(de)充填效率最高,可达75％,其余25％为孔隙.由于纱不可能充填成理想(de)正方形以及纱中(de)纤维间有孔隙,因而实际(de)纤维体积含量总是低于75％.在复合材料制造过程中,多向预制件中纤维(de)体积含量及分布不会发生明显变化,在树脂或沥青热解过程中,纤维束和孔隙内(de)基体将发生收缩,不会明显改变预制件(de)总体尺寸.三向织物研究(de)重点在细编织及其工艺、各向纤维(de)排列对材料(de)影响等方面.三向织物(de)细编程度越高,碳／碳复合材料(de)性能越好,尤其是作为耐烧蚀材料更是如此. 为了形成更高各向同性(de)结构,在三向纺织(de)基础上,已经发展了很多种多向编织,可将三向正交设汁改型,编织成四、五、七和十一向增强(de)领制件.九向结构是在三向正交结构(de)基础上,在xy平面内补充两个45o(de)方向,在三向正交结构中,如果按上下面(de)四条对角线或上下面各边中点(de)四条连线补充纤维纱,则得七向预制件.在这两种七向预制件中去掉二个正交方向上(de)纱,便得四向结构.在三向正交结构中(de)四条对角线上和四条中点连线上同时补充纤维纱,可得非常接近各向同性结构(de)十一向预制件.将纱按轴向、径向和环向排列,可得圆筒和回转体(de)预制件.为了保持圆筒形编织结构(de)均匀性,轴向纱(de)直径应由里向外逐步增加,或者在正规结构中增加径向纱.在编织截头圆锥形结构时,为了保持纱距不变和密度均匀,轴向纱应是锥形(de).根据需要可将圆筒形和截头圆锥形结构变形,编织成带半球形帽(de)圆筒和尖形官窿(de)预制件. 制造多向预制件(de)方法有：干纱编织、织物缝制、预固化纱(de)编排、纤维缠绕以及上述各种方法(de)组合. 1) 干纱编织干纱编织是制造碳／碳复合材料最常用(de)一种方法.按需要(de)间距先编织好x和y方向(de)非交织直线纱,x、y层中相邻(de)纱用薄壁钢管隔开,预制件织到需要尺寸时,去掉这些管子,用垂直(z向)(de)碳纤维纱代替.预制件(de)尺寸决定于编织设备(de)大小.用圆筒形编织机能使纤维按环向、轴向、径向排列,因而能制得回转体预制件.先按设计做好扎板,再将金属杆插入孔板,编织机自动地织好环向和径向纱,最后编织机自动取出金属杆以碳纤维纱代替. 2)穿刺织物结构如果用两向织物代替三向干纱编织预制什中x、y方向上(de)纱,就得到穿刺织物结构.具体制法是：将二向织物层按设计穿在垂直(z向)(de)金属杆上．再用未浸过或浸过树脂(de)碳纤维纱并经固化(de)碳纤维——树脂杆换下金属杆即得最终顶制件.在x、y方向可用不同(de)织物,在z向也可用各种类型(de)纱.同种石墨纱用不同方法制得(de)预制件(de)特性差别显着,穿刺织物预制件(de)纤维总含量和密度都较高．有更大(de)通用性. 3)预固化纱结构预固化纱结构与前两种结构不向,不用纺织法制造：这种结构(de)基本单元体是杆状预固化碳纤维纱,即单向高强碳纤维浸酚醛树脂及固化后得(de)杆.这种结构比较有代表性(de)是四向正规四面体结构,纤维按二向正交结构中(de)四条对角线排列,它们之间(de)夹角为.预固化杆(de)直径为1~,为了得到最大充填密度,杆(de)截面呈六角形,碳纤维(de)最大体积含量为75％,根据预先确定(de)几何图案很容易将预固化(de)碳纤维杆组合成四向结构. 用非纺织法也能制造多向圆筒结构.先将预先制得(de)石墨纱——酚醛预固化杆径向排列好,在它们(de)空间交替缠绕上涂树脂(de)环向和轴向纤维纱,缠绕结束后进行固化得到二向石墨——酚醛圆筒,再经进一步处理,即成碳／碳复合材料. 3碳／碳(de)致密化工艺 , 碳／碳致密化工艺过程就是基体碳形成(de)过程,实质是用高质量(de)碳填满碳纤维周围(de)空隙,以获得结构、性能优良(de)碳／碳复合材料.最常用(de)有两种制做工艺：液相浸渍法和化学气相沉积法. 1)液相浸渍法液相浸债工艺是制造碳／碳(de)一种主要工艺.按形成基体(de)浸渍剂,可分为树脂浸渍、沥青浸渍及沥青树脂混浸工艺；按浸渍压力,可分为低压、中压和高压浸渍工艺.通常可用做先驱体(de)有热固性树脂,例如：酚醛树脂和呋喃树脂以及煤焦油沥青和石油沥青. ①浸渍用基体先驱体(de)选择在选择基体(de)先驱体时,应考虑下列特性：黏度、产谈率、焦炭(de)微观结构和晶体结构.这些特性都与碳／碳复合材料制造过程中(de)时间-温度-压力关系有关.绝大多数热固性树脂在较低温度(低于250oC)下聚合成高度交联(de)、不熔(de)非晶固体.热解时形成玻璃态碳,即使在3000 oC时也不能转变成石墨,产碳率为50％—56％,低于煤焦油沥青.加压碳化并不使碳收率增加,密度也较小(小于1,5g／cm3).酚醛树脂(de)收缩率可达20％,这样大(de)收缩率将严重影响二向增强(de)碳／碳复合材料(de)性能.收缩对多向复合材料性能(de)影响比二向复合材料小.预加张力及先在400—600oC范围内碳化,然后再石墨化都有助于转变成石墨结构. 沥青是热塑性(de),软化点约为400oC,用它作为基体(de)先驱体可归纳成以下要点：下(de)碳收率约为50％；在大于或等于10 MPa压力下碳化,有些沥青(de)碳收率可高达90％；焦炭结构为石墨态,密度约为2g／cm3,碳化时加压将影响焦炭(de)微观结构. ②低压过程预制件(de)树脂浸渍通常将领制体置于浸渍罐中,在温度为50 oC左右(de)真空下进行浸渍,有时为了保证树脂渗入所有孔隙也施加一定(de)压力,浸渍压力逐次增加至3~5MPa,以保证织物孔隙被浸透.浸渍后,将样品故入固化罐中进行加压固化,以抑制树脂从织物中流出.采用酚醛树脂时固化压力为l MPa左右,升温速度为5~10oC/h,固化温度为140~170oC,保温2h；然后,再将样品放入碳化炉中,在氮气或氩气保护下,进行碳化(de)温度范围为650~1100oC,升温速度控制在10~30oC/h,最终碳化温度为1000 oC,保温1h. 沥青浸渍工艺常常采用煤沥青或石油沥青作为浸渍剂,先进行真空浸渍,然后加压浸渍.将装有织物预制体(de)容器故人真空罐中抽真空,同时将沥青放人熔化罐中抽真空并加热到250oC,使沥青融化,强度变小；然后将熔化沥青从熔化罐中注入盛有预制体(de)容器中,使沥青浸没预制体．待样品容器冷却后,移人加压浸渍罐中,升温到250℃进行加压涅渍,使沥青进一步浸入预制体(de)内部空隙中,随后升温至600~700oC进行加压碳化.为了使碳／碳具有良好(de)微观结构和性能,在沥青碳化时要严格控制沥青中间相(de)生长过程,在中间相转变温度(430~460℃)．控制中间相小球生长、合并和长大. 在碳化过程中树脂热解,形成碳残留物,发生质量损失和尺寸变化,同时在样品中留下空隙.因此,浸渍——热处理需要循环重复多次,直到得到一定密度(de)复合材料为止.低压过程中制得(de)碳／碳复合材料(de)密度为~／cm3.,孔隙率为8％—10％. ⑧高压过程先用真空——压力浸渍方法对纤维预制体浸渍沥青,在常压下碳化,这时织物被浸埋在沥青碳中,加工以后取出已硬化(de)制品,把它放入一个薄壁不锈钢容器(称为“包套”)中,周围填充好沥青,并将包套袖真空焊封起来；然后将包套放进热等静压机中慢慢加热,温度可达600~700oC,同时施加7~100 MPa(de)压力.经过高压浸渍碳化之后,将包套解剖,取出制品,进行粗加工．去除表层；最后在2500~2700oC(de)温度和氩气保护下进行石墨化处理.上6碳／碳复台材料(de)氧化保护碳／碳复合材料具有优异(de)高温性能,当工作温度超过2000oC时,仍能保持其强度,它是理想(de)耐高温工程结构材料,已在航空航天及军事领域得到广泛应用.但是,在有氧存在(de)气氛下,碳／碳复合材料在400oC以上就开始氧化.碳／碳复合材料(de)氧化敏感性限制了它(de)扩大应用.解决碳／碳复合材料高温抗氧化(de)途径主要是,采用在碳／碳复合材料表面施加抗氧化涂层,使C与O2隔开,保护碳／碳复合材料不被氧化.另一个解决高温抗氧化(de)途径是,在制备碳／碳复合材料时,在基体中预先包含有氧化抑制剂. 1)抗氧化涂层法在碳／碳复合材料(de)表面进行耐高温氧化材料(de)徐层,阻止与碳／碳复合材料(de)接触,这是一种十分有效地提高复合材料抗氧化能力(de)方法.一般而言,只有熔点高、耐氧化(de)陶瓷材料才能作为碳／碳复合材料(de)防氧化涂层材料.通常,在碳／碳复合材料表面形成涂层(de)方法有两种：化学气相沉积法和固态扩散渗透法.防氧化涂层必须具有以下特性：与碳／碳复合材料有适当(de)黏附性,既不脱粘,又不会过分渗透到复合材料(de)表面；与碳／碳复合材料有适当(de)热膨胀匹配,以避免涂覆和使用时因热循环造成(de)热应力引起涂层(de)剥落；低(de)氧扩散渗透率,即具有较高(de)阻氧能力,在高温氧化环境中氧延缓通过涂层与碳／碳复合材料接触；与碳／碳复合材料(de)相容稳定性,既可防止涂层被碳还原而退化,又可防止碳通过涂层向外扩散氧化；具有低(de)挥发性,避免高温下自行退化和防止在高速气流中很快被侵蚀. 硅基陶瓷具有最佳(de)热膨胀相容性,在高温时具有最低(de)氧化速率,比较硬且耐烧蚀.SiC具有以上优点并且原料易得,当02分压较高时,其氧化产物固态SiO2在1650oC 以下是稳定(de),形成(de)玻璃态SiO2薄膜能防止02进一步向内层扩散.因此,在碳／碳表面渗上一层SiC涂层,能有效地防止碳／碳在高温使用时(de)氧化.在碳／碳表面形成SiC涂层(de)方法有两种：一种方法是采用固体扩散渗SiC工艺,另一种方法是近年来采用(de)化学气相沉积法.此外,利用硅基陶瓷涂层(SiC、Si3C4)对碳／碳进行氧化防护,其使用温度一般在1700~1800oC以下,高于1800oC使用(de)碳／碳复合材料(de)氧化防护问题还有待研究解决. 2)抑制剂法从碳／碳复合材料内部抗氧化措施原理来说,可以来取两种办法,即内部涂层和添加抑制剂.内部涂层是指在碳纤维上或在基体(de)孔隙内徐覆可起到阻挡氧扩散(de)阻挡层.但由于单根碳纤维很细(直径约7um),要预先进行涂层很困难,而给碳／碳复合材料基体孔隙内涂层,在工艺上也是相当困难(de).因此,内部涂层(de)办法受到很大限制.而在碳／碳复合材料内部添加抑制剂,在工艺上相对容易得多,而且抑制剂或可以在碳氧化时抑制氧化反应,或可先与氧反应形成氧化物,起到吸氧剂作用. 在碳、石墨以及碳／碳复合材料中,采用抑制剂主要是在较低温度范围内降低碳(de)氧化.抑制剂是在碳／碳复合材料(de)碳或石墨基体中,添加容易通过氧化而形成玻璃态(de)物质.研究表明,比较经济而且有效(de)抑制剂主要有B203,、B4C和ZrB2等硼及硼化物.硼氧化后形成B202；具有较低(de)熔点和强度,因而在碳和石墨氧化(de)温度下,可以在多孔体系(de)碳／碳复合材料中很容易流动,井填充到复合材料内连(de)孔隙中去,起到内部涂层作用,既可阻断氧继续侵入(de)通道,又可减少容易发生氧化反应(de)敏感部位(de)表面积.同样,B4C、ZrD2等也可在碳氧化时生成一部分CO后,形成B302,例如B4C依以下反应形成B203. 研究表明,抑制剂在起到抗氧化保护时,碳／碳复合材料有一部分已经被氧化.硼酸盐类玻璃形成后,具有较高(de)蒸气压以及较高(de)氧(de)扩散渗透率.因此,一般碳／碳复合材料采用内含抑制剂(de)方法,大都应用在600oC以下(de)防氧化. 3碳／碳复合材料(de)性能碳／碳复合材料(de)性能与纤维(de)类型、增强方向、制造条件以及基体碳(de)微观结构等因素密切相关,但其性能可在很宽(de)范围内变化.由于复合材料(de)结构复杂和生产工艺(de)不同．有关文献报道(de)数据分散性较大,仍可以从中得出一些一般性(de)结论. （1）碳／碳复合材料(de)化学和物理性能碳／碳复合材料(de)体积密度和气孔率随制造工艺(de)不同变化较大,密度最高(de)可达 2．o 6／cm 5,开f[气孔率为2％—3％.树脂碳用做基体(de)盼碳复合材料,体积密度约又 1．5g ／cm J. 耐碳复合材料除含有少量(de)氢、氮和微量(de)金属元素外．99％以亡都是由元素碳组成‘因此,碳／碳复合材料与石墨样具合化学稳定性．它勺一舱(de)酸、碱、盐溶液不起反应p不溶于有机溶剂,只与浓氧化性酸溶液起反应.碳在石墨态下,只有加热到4000霓,才会熔化(在压力超过12cPa条件产)；只有加热到2500 Y以上,才能测出其塑性变形；在常压下加热致 3删吧,碳才仆始升华.伊碳复合材料具有碳(de)优良性能,包括耐高温、抗腐蚀、较低(de)邦膨胀系数和较好(de)抗热冲击性能. 份碳复合材料在常温下不与氧作用,开始氧化(de)温度为则Y(特别是当微量K、Na、c5 等分属杂质存在时),温度高于600 Y将会发生严重氧化.队碳复合材料(de)最大缺点是耐匀化性能差. 碳／碳复合材料(de)热物理件能仍然典有碳和石墨材料(de)特征,主要表现为以下特点：①热导率较高酣碳复合材料(de)热导率随石墨化程度(de)提高而增加.阶碳复合材料热寻率还勺纤维(特别是石墨纤维)(de)方向有关.热导率高(de)阶碳复合材料具有较好(de)抗效应力性能,但却给结构设计带来困难(要求采取绝热措施).队碳复合材料(de)热导率—‘般为 250 W／(m·K). ②热膨胀系数较小多晶碳和心墨(de)热膨胀系数主要取决于品体(de)取向度,同时也受到扎陈度和裂纹(de)影响.因此,碳／碳复合材料(de)热膨胀系数随着柯墨化程度(de)提高而降低.热膨胀系数小,使得阶碳复合材料结构在温度变化时尺寸稳定性特别好.由于热膨胀系数小 (一般(o 5—1．5)M10‘／Y),胁碳复合材料(de)抗热应力性能比较好.所有这些性能对1；在宁航方圆(de)设计和应用非常重要. ③比热容大与碳和石墨材料柏近,室洲至2删℃,比热容约为800—2删J／(kg·K)L)l [2)矽碳复台材料(de)力学性能耐碳复合材料(de)力学性能主要取决于碳纤维(de)种类、取向、含量和制备工艺等.研究友明．酣碳复合材料(de)高强度、高模量特性主要是来自碳纤维,。

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)为基体得复合材料,就是具有特殊性能得新型工程材料,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,能够承受极高得温度与极大得加热速率。

它具有高得烧蚀热与低得烧蚀率,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得烧蚀材料。

在机械加载时,碳／碳复合材料得变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂。

它得主要优点就是:抗热冲击与抗热诱导能力极强,具有一定得化学惰性,高温形状稳定,升华温度高,烧蚀凹陷低,在高温条件下得强度与刚度可保持不变,抗辐射,易加工与制造,重量轻。

碳／碳复合材料得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,科学工作者在偶然得实验中发现了碳／碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程研究人员得普遍重视。

尽管碳／碳复合材料具有许多别得复合材料不具备得优异性能,但作为工程材料在最初得10年间得发展却比较缓慢,这主要就是由于碳／碳得性能在很大程度上取决于碳纤维得性能与谈集体得致密化程度。

当时各种类型得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得解决。

在20世纪60年代中期到70年代末期,由于现代空间技术得发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料得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／碳复合材料技术得发展起到了有力得推功作用。

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／碳各向异性得编织技术也得到了发展,更为主要得就是碳／碳得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得阶段,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得迅速发展,从而带动了80年代中期碳／碳复合材料在制备工艺、复合材料得结构设计,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得研究,进一步促进与扩大了碳／碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域得推广应用。

碳/碳复合材料什么是碳/碳复合材料？它是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，尤其是在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是全球最有发展前途的高温材料之一。

虽然碳/碳复合材料有很多十分优良的高温性能，但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应，从而导致材料的性能急剧下降。

所以，碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。

碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径，即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳/碳复合材料进行保护；随着温度的升高，则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料与氧的直接接触，以达到氧化防护的目的。

当前使用最多的是涂层的方法，随着科技不断进步，对碳/碳复合材料超高温性能的依赖越来越多，而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。

值得一提的是，C/C基复合材料是近一些年来全球最受重视的一种更耐高温的新材料。

因为只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上，发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料，曾经是美国21世纪重点发展的耐高温材料，尤其是全球先进工业国家拼力追求的最高战略目标。

所谓C/C基复合材料，就是碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的耐熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。

由于C/C基复合材料具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，因此，是当今最理想的耐高温材料，特别是在1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而能够提高。

特别是在1650℃以下时仍然还保持着室温环境下的强度和风度。

因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有非常大的发展潜力。

值得一提的是，C/C基复合材料在航空发动机应用的一个主要问题是抗氧化性能较差，所以，近几年美国通过采取一系列的工艺措施，让这一问题获得解决，并且逐步应用在新型发动机上。

碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种由碳纤维和碳基基体组成的复合材料。

碳纤维是一种高强度、轻质的纤维材料，可以抵抗高温和
化学腐蚀。

碳基基体则提供了材料的机械强度和耐磨性能。

碳碳复合材料具有以下特点：
1. 高温耐性：碳碳复合材料能够在高达3000°C的温度下
保持其稳定性和强度。

2. 轻质高强：碳纤维的轻质性能使得碳碳复合材料具有较
高的比强度和刚度。

3. 良好的机械性能：碳碳复合材料具有优异的抗拉、压缩
和抗剪强度，使其适用于各种高性能应用。

4. 耐磨性能：碳碳复合材料具有出色的耐磨性，可用于制
造高速运动部件和摩擦材料。

5. 抗氧化性：碳碳复合材料能够抵抗氧化和腐蚀，因此可
以在恶劣的环境条件下使用。

碳碳复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、能源领域以及高温和特殊工程等领域。

例如，它们可以用于制造火箭喷嘴、涡轮叶片、制动系统、石油炼厂设备等。

由于其优异的性能和广泛的应用领域，碳碳复合材料被视为一种重要的高性能材料。

碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种具有优异性能的新型材料，它由碳纤维和碳基胶粘剂组成，经过高温热处理而成。

这种材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，因此在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着广泛的应用。

首先，碳碳复合材料具有极高的强度和硬度。

碳纤维本身就是一种高强度材料，而且经过特殊工艺制成的碳碳复合材料，在高温环境下依然能够保持其强度和硬度，因此在航空航天领域被广泛应用于制造飞机机身、导弹外壳等部件。

其次，碳碳复合材料具有优异的耐高温性能。

这种材料在高温环境下不会发生
软化、熔化等现象，因此被广泛应用于航空发动机、航天器热屏蔽结构等部件的制造。

它能够承受极高的温度，保证设备在极端环境下的正常运行。

另外，碳碳复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。

在恶劣的环境下，例如海水、
化学品腐蚀等，碳碳复合材料能够保持其原有的性能，不会发生腐蚀、氧化等现象，因此在船舶建造、化工设备制造等领域有着广泛的应用。

总的来说，碳碳复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，它在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域有着重要的地位。

随着科技的不断进步，碳碳复合材料的性能将会得到进一步提升，其应用范围也将会不断扩大。

相信在不久的将来，碳碳复合材料将会成为各个领域中不可或缺的材料之一。

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。