{JZ}炭炭復(fù)合材料231

1、炭炭復(fù)合材料一、綜述炭炭復(fù)合材料 () 是由炭纖維及其制品 ( 炭氈或炭布 ) 增強(qiáng)的炭 纖維復(fù)合材料。的組成元素只有一個(gè)，即碳元素，因而具有許多炭和 石墨材料的優(yōu)點(diǎn)，如密度低 ( 石墨的理論密度為 )和優(yōu)異的熱性能， 即高的導(dǎo)熱性、 低熱膨脹系數(shù)以及對(duì)熱沖擊不敏感等特性。 作為新型 結(jié)構(gòu)材料，還具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如高溫下的高強(qiáng)度和模量，尤其 是其隨溫度的升高， 強(qiáng)度不但不降低， 反而升高的特性以及高斷裂韌 性、低蠕變等性能。這些特性，使復(fù)合材料成為目前唯一可用于高溫 達(dá) c的高溫復(fù)合材料。復(fù)合材料在航空航天、核能、軍事以及許多 工業(yè)領(lǐng)域受到極大關(guān)注。二、復(fù)合材料的應(yīng)用世界各國(guó)均把復(fù)合材料用

2、作導(dǎo)彈及先進(jìn)飛行器高溫區(qū)的主要 熱結(jié)構(gòu)材料，隨著材料性能的不斷改進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬。 、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用包括先進(jìn)飛行器上的應(yīng)用、 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴 管上的應(yīng)用、剎車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用等。、生物學(xué)上的應(yīng)用骨修復(fù)上復(fù)合材料能控制孔隙的形態(tài)， 這是很重要 的特性，因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)經(jīng)處理后，可使天然骨骼融入材料之中，目前 復(fù)合材料在臨床上已有骨盤(pán)骨夾板和骨針的應(yīng)用 ; 人工心臟瓣膜中耳 修復(fù)材料也有研究報(bào)道 ;人工齒根已取得了很好的臨床應(yīng)用效果。三、性能() 物理性能有耐酸、堿和鹽的化學(xué)穩(wěn)定性，其比熱容大，熱導(dǎo)率隨石墨化程度的 提高而增大，線膨脹系數(shù)隨石墨化程度的提高而降低等優(yōu)越性能。() 力學(xué)性能炭纖維長(zhǎng)

3、度方向的力學(xué)性能比垂直方向高出幾十倍， 復(fù)合材料的拉伸 強(qiáng)度大于 ，單向高強(qiáng)度復(fù)合材料可達(dá) 以上。() 熱學(xué)及燒蝕性能 復(fù)合材料導(dǎo)熱性能好、熱膨脹系數(shù)低，因而熱沖擊能力很強(qiáng)，不僅可 用于高溫環(huán)境，而且適合溫度急劇變化的場(chǎng)合。其比熱容高，這對(duì)于 飛機(jī)剎車(chē)等需要吸收大量能量的應(yīng)用場(chǎng)合非常有利。四、制備()液相浸漬工藝 液相浸漬工藝是制備復(fù)合材料的一種主要工藝。 它是采用含炭有機(jī)物 對(duì)坯體進(jìn)行浸潰，然后在惰性氣氛下炭化、石墨化，從而得到復(fù)合材 料。所需的工藝周期要短，成本要低，缺點(diǎn)是纖維與基體結(jié)合不好。 ()化學(xué)氣相滲積工藝 沉積炭的過(guò)程是氣相碳?xì)浞肿釉诩訜岬睦w維表面上 “裂解”沉積出炭， 副產(chǎn)物氫

4、排掉。為炭填充的是纖維骨架中的空洞，整體不縮小，集體 不收縮，不會(huì)產(chǎn)生像浸漬樹(shù)脂和瀝青方法中基體出現(xiàn)的裂紋， 材料性 能特別優(yōu)異。() 等溫法該工藝是將纖維預(yù)制體置于等溫反應(yīng)室內(nèi)， 在一定的反應(yīng)壓力下， 讓 前驅(qū)體氣體不斷從預(yù)制體表面流過(guò)， 靠氣體的擴(kuò)散作用， 氣體進(jìn)入樣 品孔隙內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)并發(fā)生沉積。五、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu) ()基體炭的結(jié)構(gòu)隨著炭材料研究領(lǐng)域的拓展與表征方法的不同， 研究者對(duì)熱解炭 微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同層次的劃分。 等率先利用偏光顯微鏡對(duì)不同微 觀組織的熱解炭進(jìn)行分類(lèi)， 他們把熱解炭分為三種基本類(lèi)型： 各向同 性、層狀、粒狀或柱狀結(jié)構(gòu)。該分類(lèi)方法被廣泛用于表征流化床中不 同條件

5、下沉積在球形顆粒表面的熱解炭結(jié)構(gòu)。 也有通過(guò)深入研究化學(xué) 氣相滲積法沉積在炭氈上的熱解炭結(jié)構(gòu)， 根據(jù)熱解炭在偏光顯微鏡下 顯示的消光十字，提出三種典型結(jié)構(gòu)：各向同性結(jié)構(gòu)，幾乎沒(méi)有消光 十字。光滑層具有十分規(guī)則的消光十字。 粗糙層具有大量不規(guī)則的消 光十字。() 炭纖維的結(jié)構(gòu)炭纖維是纖維狀的炭材料，由有機(jī)纖維原絲在 C以上的高溫下 炭化形成， 且含碳量在以上的高性能纖維材料。 通常采用的預(yù)制體是 由聚丙烯腈 () 基炭纖維編織而成的。 基炭纖維是各項(xiàng)異性石墨微晶沿 纖維軸向擇優(yōu)取向的同質(zhì)多晶型復(fù)合材料體系。但有人認(rèn)為： 石墨微晶的層平面在皮層沿纖維軸向排列有序， 芯 部呈現(xiàn)褶皺的紊亂形態(tài)， 并在

6、石墨層片之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的空洞系統(tǒng)。 也有人提出的微原纖維模型認(rèn)為， 微原纖維是炭纖維的基體結(jié)構(gòu)單元， 有個(gè)基體炭網(wǎng)面構(gòu)成微原纖維，再由它沿軸向擇優(yōu)取向排列，堆疊 成條帶結(jié)構(gòu)。炭纖維表面上有溝槽，溝槽寬度和深度不等，平行于纖維軸向排列。()桌面結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)， 桌面層起著把施加在整體材料上的力由基體 傳遞給炭纖維的作用。 與其它纖維復(fù)合材料相比， 復(fù)合材料的桌面結(jié) 構(gòu)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： () 結(jié)構(gòu)多層次： 復(fù)合材料中存在不同層次的桌 面層，如炭纖維束內(nèi)以及束間的纖維基體桌面， 基體內(nèi)不同微觀結(jié) 構(gòu)之間的桌面，基體與孔隙之間的桌面等。 () 形成過(guò)程逐步完成。 () 結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈地依賴(lài)于原材料和工藝條件。() 孔