碳纤维复合材料

关于碳纤维复合材料一定义

碳/碳复合材料是复合材料的一种,它是以碳为基体,由碳纤维或其制品(碳毡或碳布)增强的复合材料.第2页,共12页，2024年2月25日，星期天二性能它兼有碳的惰性和碳纤维的高强度,具有良好的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、磨擦减振特性及热、电传导特性等特点.而且,其质轻,比强度和比弹性模量都很高,更重要的是这种材料随着温度的升高(可达2200℃)其强度不降低,甚至比室温条件下还高。第3页,共12页，2024年2月25日，星期天三制备工艺制备碳/碳复合材料主要步骤为:预制体成型→致密化处理→最终高温热处理第4页,共12页，2024年2月25日，星期天3.1

预制体成型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.例如,对重要的结构选用高强度、高模量纤维.对要求导热系数低的则选用低模量炭纤维,如粘胶基炭纤维成型方法为用短纤维增强:(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.第5页,共12页，2024年2月25日，星期天3.2致密化处理成型后的预制体含有许多孔隙,密度也低,不能直接应用,须将炭沉积于预制体,填满其孔隙,才能成为真正的结构致密、性能优良的碳/碳复合材料,此即致密化过程.传统的致密化工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积(CVI)两种.第6页,共12页，2024年2月25日，星期天3.3液相浸渍工艺液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行.

重复浸渍———炭化———石墨化,达到致密预制体.此工艺存在问题是:(1)工艺繁复、周期长、效率低;(2)液体难以浸渍到预制体微孔中;(3)有些浸渍液在常压和减压下炭化收率低,必须加压(4)有些浸渍液炭化时粘附性过好,易于阻塞气孔口,难以达到致密要求,如树脂第7页,共12页，2024年2月25日，星期天化学气相沉积(ChemicalVaporInfiltration,简称CVI)工艺.有的文献称化学气相沉积工艺是最早采用的一种致密化方法,其工艺过程如图2所示.主要原理是利用碳氢化合物气体在高温下分解并沉积炭于预制体.与液相浸渍工艺相比,化学气相沉积工艺不仅过程便于精确控制,而且所制备的材料还具有结构均匀、完整、致密性好、石墨化程度高等优点.目前国外主要用等温CVI法生产碳/碳复合材料刹车盘.3.4第8页,共12页，2024年2月25日，星期天常规化学气相沉积方工艺(等温法)仍有许多不足:由于受到气相扩散速率和表面反应速率的制约,在一个较窄的工艺条件下进行.因此,对沉积炭显微组织的选择余地有限,得到的通常为光滑层(SL)组织,要想提高沉积炭温度,以得到粗糙层(RL)炭,则又易形成表面的气孔堵死,以及表层和里层的密度差提高[6].同时,等温CVI制备碳/碳复合材料周期长(约1000-1500h)、原料气利用率低(<5%),需要数次石墨化和机加工,需用大量高能耗的贵重设备,成本很高3.4第9页,共12页，2024年2月25日，星期天第10页,共12页，2024年2月25日，星期天

(1)因其良好的生物相容性,在生物医学方面,可作人体骨骼的替代材料,比如人工髋关节、膝关节、牙根等.

(2)汽车、赛车的制动系统.

(3)在核反应堆中制造无线电频率限幅器.

(4)利用其高导电率和很高尺寸稳定性,制造卫星通讯抛物面无线电天线反射器.

(5)用碳/碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道,其寿命可提高100倍以上.

(6)制作高温紧固件.在700℃以上,金属紧固件强度很低,而碳/碳复合材料在高温下呈现优异承载能力,可作高温下使用的螺