碳复合材料的特性

碳的应用

碳复合材料的复合原理

碳复合材料的加工方法

碳复合材料的发展

纤维增强基复合材料是由碳纤维织物增强碳或石墨化的树脂（包括沥青）碳以及化学气相沉积碳所形成的复合材料，简称碳-碳复合材料。

碳复合材料的特性

碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。

（1）密度低（1.7g/cm3左右）在承受高温的结构中，它是最轻的材料；高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度；有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性；而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现“假塑性效应”即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。

（2）热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。

（3）耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。

碳的应用

碳材料的优异的力学性能和热物理性能,使它广泛的应用于核反应堆,固体火箭喷管,热交换器和制动盘.而C-C材料的热烧蚀性能广泛应用于烧蚀型防热材料.如:用于火箭的喷管喉衬和远程导弹头锥;其次,在电子电器工业可作电极板,医疗中可作人工心脏瓣膜阀体。

碳复合材料的复合原理

它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。

复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。

碳复合材料的加工方法

碳复合材料的成型加工技术包括碳纤维的坯体制造、碳基体的制造和基体与纤维的复合。

首先，将碳纤维或碳纤维织物制成坯体，根据原料形式不同分为：长纤维缠绕法；碳毡短纤维模压或喷射成型；石墨布叠层。目前，其坯体研制以三向织物为主，三向织物以X、Y、Z方向互成90o正交排列，各方向的碳纤维在织物中保持准直，因此能较好的发挥纤维的力学性能。

其次，制作复合材料的基体。碳-碳复合材料的基体有树脂碳和热解碳两种，树脂碳是由合成树脂或沥青经碳化和石墨化获得，热解碳是由烃类气体的气相沉积获得。

最后，把坯体与基体复合成型。

方法有两种

一、把来源于煤油和石油的熔融的沥青在加热加压的条件下浸渍到碳纤维坯体的结构缝隙中，然后使其热解，再反复浸渍-热解直到复合材料达到要求密度。

二、通过气相化学沉积法在热的基质材料上形成高强度热解石墨。

碳复合材料的发展

目前，碳-碳复合材料的发展立足于新工艺、新设备的研制与发展，努力降低生产成本，而且努力的想办法克服自身的缺点。如：碳-碳复合材料的抗氧化的性能差，目前改善的方法有：浸渍树脂时加入抗氧化剂；气相沉碳时加入其它抗氧化元素等等。碳-碳复合材料还有其它固有的缺点，如在加工方面制造加工的周期太长、可塑性太差、成本太高，这些不足之处在以后的发展中将会得到解决。