碳纖維復(fù)合材料

關(guān)于碳纖維復(fù)合材料一定義

碳/碳復(fù)合材料是復(fù)合材料的一種,它是以碳為基體,由碳纖維或其制品(碳?xì)只蛱疾?增強(qiáng)的復(fù)合材料.第2頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天二性能它兼有碳的惰性和碳纖維的高強(qiáng)度,具有良好的機(jī)械性能、耐熱性、耐腐蝕性、磨擦減振特性及熱、電傳導(dǎo)特性等特點(diǎn).而且,其質(zhì)輕,比強(qiáng)度和比彈性模量都很高,更重要的是這種材料隨著溫度的升高(可達(dá)2200℃)其強(qiáng)度不降低,甚至比室溫條件下還高。第3頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天三制備工藝制備碳/碳復(fù)合材料主要步驟為:預(yù)制體成型→致密化處理→最終高溫?zé)崽幚淼?頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1

預(yù)制體成型在進(jìn)行預(yù)制體成型前,根據(jù)所設(shè)計(jì)復(fù)合材料的應(yīng)用和工作環(huán)境來(lái)選擇纖維種類(lèi)和編織方式.例如,對(duì)重要的結(jié)構(gòu)選用高強(qiáng)度、高模量纖維.對(duì)要求導(dǎo)熱系數(shù)低的則選用低模量炭纖維,如粘膠基炭纖維成型方法為用短纖維增強(qiáng):(1)壓濾法;(2)噴涂法;(3)熱壓法;(4)澆注法用連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng):(1)預(yù)浸布層壓、鋪壓、纏繞等做成層壓板、回轉(zhuǎn)體和異形薄壁結(jié)構(gòu);(2)編織技術(shù).第5頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2致密化處理成型后的預(yù)制體含有許多孔隙,密度也低,不能直接應(yīng)用,須將炭沉積于預(yù)制體,填滿其孔隙,才能成為真正的結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良的碳/碳復(fù)合材料,此即致密化過(guò)程.傳統(tǒng)的致密化工藝大體分為液相浸漬和化學(xué)氣相沉積(CVI)兩種.第6頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.3液相浸漬工藝液相浸漬工藝一般在常壓或減壓下進(jìn)行.

重復(fù)浸漬———炭化———石墨化,達(dá)到致密預(yù)制體.此工藝存在問(wèn)題是:(1)工藝繁復(fù)、周期長(zhǎng)、效率低;(2)液體難以浸漬到預(yù)制體微孔中;(3)有些浸漬液在常壓和減壓下炭化收率低,必須加壓(4)有些浸漬液炭化時(shí)粘附性過(guò)好,易于阻塞氣孔口,難以達(dá)到致密要求,如樹(shù)脂第7頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporInfiltration,簡(jiǎn)稱(chēng)CVI)工藝.有的文獻(xiàn)稱(chēng)化學(xué)氣相沉積工藝是最早采用的一種致密化方法,其工藝過(guò)程如圖2所示.主要原理是利用碳?xì)浠衔餁怏w在高溫下分解并沉積炭于預(yù)制體.與液相浸漬工藝相比,化學(xué)氣相沉積工藝不僅過(guò)程便于精確控制,而且所制備的材料還具有結(jié)構(gòu)均勻、完整、致密性好、石墨化程度高等優(yōu)點(diǎn).目前國(guó)外主要用等溫CVI法生產(chǎn)碳/碳復(fù)合材料剎車(chē)盤(pán).3.4第8頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天常規(guī)化學(xué)氣相沉積方工藝(等溫法)仍有許多不足:由于受到氣相擴(kuò)散速率和表面反應(yīng)速率的制約,在一個(gè)較窄的工藝條件下進(jìn)行.因此,對(duì)沉積炭顯微組織的選擇余地有限,得到的通常為光滑層(SL)組織,要想提高沉積炭溫度,以得到粗糙層(RL)炭,則又易形成表面的氣孔堵死,以及表層和里層的密度差提高[6].同時(shí),等溫CVI制備碳/碳復(fù)合材料周期長(zhǎng)(約1000-1500h)、原料氣利用率低(<5%),需要數(shù)次石墨化和機(jī)加工,需用大量高能耗的貴重設(shè)備,成本很高3.4第9頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天第10頁(yè),共12頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(1)因其良好的生物相容性,在生物醫(yī)學(xué)方面,可作人體骨骼的替代材料,比如人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、牙根等.

(2)汽車(chē)、賽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng).

(3)在核反應(yīng)堆中制造無(wú)線電頻率限幅器.

(4)利用其高導(dǎo)電率和很高尺寸穩(wěn)定性,制造衛(wèi)星通訊拋物面無(wú)線電天線反射器.

(5)用碳/碳復(fù)合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道,其壽命可提高100倍以上.

(6)制作高溫緊固件.在700℃以上,金屬緊固件強(qiáng)度很低,而碳/碳復(fù)合材料在高溫下呈現(xiàn)優(yōu)異承載能力,可作高溫下使用的螺