碳碳复合材料的应用

碳碳复合材料生产工艺

碳碳复合材料是一种高性能复合材料，由碳纤维和碳基材料组成，具有高强度、高摩擦性能、高抗侵蚀能力等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造等领域。下面将介绍碳碳复合材料的生产工艺。

碳纤维制备：碳纤维是碳碳复合材料的主要增强材料，其制备过程包括原料选用、浆料制备、纤维拉丝、高温碳化等步骤。首先，选用高纯度的石墨为原料，通过碳化反应制备碳纤维前体浆料。然后，将浆料拉丝成纤维，并通过高温石墨化处理，将其转化为含有95%以上纯碳的碳纤维。

碳基材料制备：碳碳复合材料的基体材料通常选用高纯度石墨或石墨纤维，其制备过程包括预制件制备、石墨化处理、浸渍碳化等步骤。首先，将石墨材料制备成预制件，通常采用热压或化学气相沉积等方法。然后，对预制件进行高温处理，使其石墨化，提高其机械性能和耐热性。最后，通过浸渍工艺，将预制件浸渍进碳化剂中，使其形成碳基材料。

复合成型：碳纤维和碳基材料经过制备后，通过复合成型将其组合成复合材料。常见的成型方法包括层板法、缠绕法、注射法等。层板法将碳纤维和碳基材料按照一定的排布顺序叠加，并采用压制热压的方法使其复合成型。缠绕法将碳纤维按照一定的螺旋方式缠绕在模具上，并进行热压使其复合成型。注射法将碳纤维和碳基材料按照一定比例混合后注入模具中，通过热压使其固化成型。

炭化和石墨化：复合材料在固化成型后，需要进行炭化和石墨化处理，以提高其炭化度和石墨化程度。炭化过程通常采用高温石墨化处理，将复合材料在高温下进行长时间热处理，使其炭化度达到要求。石墨化过程则是通过进一步高温处理，将复合材料的炭化产物转化为石墨，提高其机械强度和导热性能。

表面处理：最后，对已经炭化和石墨化的碳碳复合材料进行表面处理，以提高其性能和抗氧化能力。常见的表面处理方法包括化学气相沉积、化学涂层、磨削抛光等。化学气相沉积是通过将材料暴露在特定气氛中，使其表面形成一层保护性的氧化物。化学涂层则是将材料表面涂覆一层抗氧化涂层，增强其抗氧化能力。磨削抛光则是通过机械方法使材料表面光滑，并去除表面缺陷。

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。

碳碳的制造工艺

概述

碳碳复合材料是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、核能工业等领域。碳碳复合材料由碳纤维和炭化石墨矩阵组成，具有高温强度、耐腐蚀性和热震稳定性等特点。本文将详细介绍碳碳的制造工艺。

1. 碳纤维制备

1.1 原料选择

制备碳纤维的原料通常为聚丙烯腈（PAN）纤维或石墨化沥青（Pitch）纤维。PAN纤维具有较高的强度和模量，适用于制备高性能的碳纤维；Pitch纤维则具有较高的导电性和耐高温性能。

1.2 碳化过程

1.2.1 预氧化

PAN纤维在氧气氛中进行预氧化处理，将其转变为具有一定结晶度和稠度的物质，增加后续碳化过程中的产率和强度。

1.2.2 碳化

经过预氧化的PAN纤维或Pitch纤维在高温下进行碳化处理，使其转变为高纯度的碳纤维。碳化过程需要控制温度和气氛，以确保纤维的结构和性能。

1.3 纤维表面处理

碳纤维表面通常存在一定的氧化物，需要进行表面处理以提高其与矩阵材料的结合性能。常用的表面处理方法包括等离子体处理、化学处理和机械磨削等。

2. 炭化石墨矩阵制备

2.1 矩阵原料选择

炭化石墨矩阵通常采用煅烧型树脂（Resin）或者沥青（Pitch）作为原料。树脂型矩阵具有较低的导电性和耐高温性能，适用于一些低温应用；而沥青型矩阵具有较高的导电性和耐高温性能，适用于高温应用。

2.2 矩阵浸渍

将碳纤维预制件浸泡在树脂或沥青中，使其充分浸渍，形成浸渍体。浸渍过程中需要控制浸渍时间和温度，以确保纤维和矩阵的结合质量。 2.3 热处理

经过浸渍的碳纤维预制件在高温下进行热处理，使其转变为炭化石墨矩阵。热处理过程需要控制升降温速率和保持时间，以确保矩阵的致密性和均匀性。

3. 碳碳复合材料制备

3.1 预成型

将经过碳化的碳纤维预制件与经过热处理的炭化石墨矩阵预制件放置在模具中，进行定型压制。预成型过程中需要控制压力、温度和时间，以确保复合材料的密实性和尺寸精度。

｜　电子工业毫用设备　电子专用设备研制　

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电机上的应用　

付江波，田志，柴亮　

（北京中电科电子装备有限公司，北京１００１７６）　

摘　要：为了满足全自动键舍机的高速和高定位精度的需求，对应用在直线电机的碳纤维复合　

材料进行了研究。通过对碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料的性能进行了分析比较，最终确定　

碳纤维复合材料具有更好的冈・ｊ度及动态响应特性。　

关键词：碳纤维复合材料；玻璃纤维复合材料；直线电机　

中图分类号：ＴＭ３５９．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４．４５０７（２０１４）０２—００３３—０５　

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