碳碳复合材料详解

2023-02-14 11:51:54

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　　碳碳复合材料 是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于C／C复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热解形成的固体碳。C／C复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点，尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，它是所有已知材料中耐高温性好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。

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　　C／C复合材料的制备工艺主要有两种方法：化学气相法(CVD或CVl)和液相浸渍一碳化法。前者是以有机低分子气体为前驱体，后者是以热塑性树脂(石油沥青、煤沥青、中间相沥青)或热固性树脂(呋喃、糠醛、酚醛树脂)为基体前驱体，这些原料在高温下发生一系列复杂化学变化而转化为基体碳。为了得到更好的致密化效果，通常将化学气相法和液相浸渍一碳化法进行复合致密化，得到具有理想密度的C／C复合材料。

　　1、化学气相法

　　化学气相法(cVD或cVI)是直接在坯体孔内沉积碳，以达到填孔和增密的目的。沉碳易石墨化，且与纤维之间的物理兼容性好，而且不会像浸渍法那样在再碳化时产生收缩，而这种方法的物理机械陛能比较好。但在cVD过程中，如果碳在坯体表面沉积就会阻止气体向内部孔的扩散。对于表面沉积的碳应用机械的方法除去，再进行新一轮沉积。对于厚制品，CVD法也存在着一定的困难，而且这种方法的周期也很长。

　2、液相浸渍法一碳化法

　　液相浸渍法相对而言设备比较简单，而且这种方法适用性也比较广泛，所以液相浸渍法是制备C／C复合材料的一个重要方法。它是将碳纤维制成的预成型体浸入液态的浸渍剂中，通过加压使浸渍剂充分渗入到预成型体的空隙中，再通过固化、碳化、石墨化等一系列过程的循环，得到C／C复合材料。它的缺点是要经过反复多次浸渍、碳化的循环才能达到密度要求。