化工新型材料 第34卷第3期 NEW CHEMICAL MATERIAL S 2006年3月 碳/碳复合材料的应用研究进展 李翠云李辅安 (西安航天复合材料研究所,西安710025) 摘要综述了碳/碳(CC)复合材料的性能及其在各个领域的应用现状。 关键词碳/碳复合材料,抗氧化,应用 Study on a pplication of carbon/carbon composites Li Cuiyun Li Fuan (Xi' an Aerospace Composites Research Institute, Xi'an 710025) Abstract In this paper the properties and applications of C/C composites were emphasized Key words car bon/ carbon composite, antioxidation, application 碳/碳(C/C)复合材料是碳纤维增强碳基体的种类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的C/C 复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗复合材料,沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直方 腐蚀抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等· 向高出几十倍。C/C复合材料的高强高模特性来自 系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。C 碳纤维,随着温度的升高,C/C复合材料的强度不仅 C复合材料作为优异的热结构功能一体化工程材不会降低,而且比室温下的强度还要高。一般的C′ 料,自1958年诞生以来,在军工方面得到了长足的C复合材料的拉伸强度大于270MPa,单向高强度 发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部C/C复合材料可达700MPa以上。在1000℃以上 件。由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体强度最低的CC复合材料的比强度也较耐热合金 火箭发动机喷管航天飞机结构部件、飞机及赛车的和陶瓷材料的高。 刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发 C/C复合材料的断裂韧性较碳材料有极大的提 动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑 高,其破坏方式是逐渐破坏,而不是突然破坏,因为 杆等方面。C/C复合材料种类多、性能各异,为此人基体碳的断裂应力和断裂应变低于碳纤维。经表面 们针对特定的用途来设计合适的CC复合材料。 处理的碳纤维与基体碳之间的化学键与机械键结合 1CC复合材料的性能特点 强度强,拉伸应力引起基体中的裂纹扩展越过纤维/ 基体界面使纤维断裂形成脆性断裂。而未经表面 1.1物理性能 处理的碳纤维与基体碳之间结合强度低,C/C复合 C/C复合材料在高温热处理后的化学成分,碳元材料受载一旦超过基体断裂应变,基体裂纹在界面 素高于9%像石墨一样,具有耐酸、碱和盐的化学稳会引起基体与纤维脱粘,裂纹尖端的能量消耗在碳 定性。其比热容大,热导率随石墨化程度的提高而增纤维的周围区域,碳纤维仍能继续承受载荷,从而呈 大线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等 现非脆性断裂方式 1.2力学性能 1.3热学及烧蚀性能 C/C复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的 C/C复合材料导热性能好、热膨胀系数低,因而 作者简介:李翠云(1980-),女,硕士研究生,主要研究方向为结构复合材料成型工艺。 91994-2010chinaAcademicJourmalElectroniePublishingHouseAllrightsreservedhttp:/www.cnki.net
Vol134 No13 ·18 · 化 工 新 型 材 料 N EW CHEMICAL MA TERIALS 第 34 卷第 3 期 2006 年 3 月 作者简介 :李翠云(1980 - ) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向为结构复合材料成型工艺。 碳/ 碳复合材料的应用研究进展 李翠云 李辅安 (西安航天复合材料研究所 ,西安 710025) 摘 要 综述了碳/ 碳(C/ C) 复合材料的性能及其在各个领域的应用现状。 关键词 碳/ 碳复合材料 ,抗氧化 ,应用 Study on application of carbon/ carbon composites Li Cuiyun Li Fuan (Xi′an Aerospace Composites Research Instit ute , Xi′an 710025) Abstract In this paper ,the properties and applications of C/ C composites were emphasized. Key words carbon/ carbon composite , antioxidation , application 碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的 复合材料 ,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗 腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一 系列优异性能 ,是一种新型的超高温复合材料。C/ C 复合材料作为优异的热结构2功能一体化工程材 料 ,自 1958 年诞生以来 ,在军工方面得到了长足的 发展 ,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部 件。由于其耐高温、摩擦性好 ,目前已广泛用于固体 火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的 刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发 动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑 杆等方面。C/ C 复合材料种类多、性能各异 ,为此人 们针对特定的用途来设计合适的 C/ C 复合材料。 1 C/ C复合材料的性能特点 1. 1 物理性能 C/ C复合材料在高温热处理后的化学成分 ,碳元 素高于 99 % ,像石墨一样 ,具有耐酸、碱和盐的化学稳 定性。其比热容大 ,热导率随石墨化程度的提高而增 大 ,线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。 1. 2 力学性能 C/ C 复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的 种类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的 C/ C 复合材料 ,沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直方 向高出几十倍。C/ C 复合材料的高强高模特性来自 碳纤维 ,随着温度的升高 ,C/ C 复合材料的强度不仅 不会降低 ,而且比室温下的强度还要高。一般的 C/ C 复合材料的拉伸强度大于 270MPa ,单向高强度 C/ C 复合材料可达 700MPa 以上。在 1000 ℃以上 , 强度最低的 C/ C 复合材料的比强度也较耐热合金 和陶瓷材料的高[1 ] 。 C/ C 复合材料的断裂韧性较碳材料有极大的提 高 ,其破坏方式是逐渐破坏 ,而不是突然破坏 ,因为 基体碳的断裂应力和断裂应变低于碳纤维。经表面 处理的碳纤维与基体碳之间的化学键与机械键结合 强度强 ,拉伸应力引起基体中的裂纹扩展越过纤维/ 基体界面 ,使纤维断裂 ,形成脆性断裂。而未经表面 处理的碳纤维与基体碳之间结合强度低 , C/ C 复合 材料受载一旦超过基体断裂应变 ,基体裂纹在界面 会引起基体与纤维脱粘 ,裂纹尖端的能量消耗在碳 纤维的周围区域 ,碳纤维仍能继续承受载荷 ,从而呈 现非脆性断裂方式。 1. 3 热学及烧蚀性能 C/ C 复合材料导热性能好、热膨胀系数低 ,因而
第3期 李翠云等:碳碳复合材料的应用研究进展 19· 热冲击能力很强,不仅可用于高温环境,而且适合温 表1美国CC复合材料在战略导弹上的应用 度急剧变化的场合。其比热容高,这对于飞机刹车 导弹型号使用部位 材料结构使用军种 等需要吸收大量能量的应用场合非常有利 民兵Ⅲ号MK12A鼻锥细编穿刺C/C复合材料空军 C/C复合材料是一种升华辐射型烧蚀材料,且 3DC/C复合材料 MK21型鼻锥 烧蚀均匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热,可 M 或细编穿刺品 空军 阻止热流传入飞行器内部。因此该材料被广泛用作 发动机喷管喉衬3DCC复合材料 宇航领域中的烧蚀防热材料。 MK21型鼻锥 3DC/C复合材料 SICBM 或细编穿刺品 1.4摩擦磨损性能 发动机喷管喉衬3DCC复合材料 C/C复合材料中碳纤维的微观组织为乱层石墨 3DC/C复合材料 结构,其摩擦系数比石墨高,特别是它的高温性能特 MK5型鼻锥 三叉戟1号 或4DC/C复合材料 点,在高速高能量条件下摩擦升温高达1000℃以上 发动机喷管喉衬3DC/C复合材料海军 时,其摩擦性能仍然保持平稳,这是其它材料所不具 卫兵反弹道导弹鼻锥3DCC复合材料 陆军 备的。因此,CC复合材料作为军用和民用飞机的 SPI反弹道导弹鼻锥 DC/C复合材料 刹车盘材料越来越广泛 表2CC复合材料在航天飞机上的应用 2CC复合材料的应用 国家飞机名称使用区域 世界各国均把CC复合材料用作导弹及先进 最高温区αC复合材料薄壳热结构抗氧化,防热 飞行器高温区的主要热结构材料,随着材料性能 防热瓦CC复合材料机头锥抗氧化,防热 不断改进,其应用领域逐渐拓宽 CC复合材料薄壁热结构抗氧化,防热 2.1先进飞行器上的应用 超音速)较高温区CC复合材料面板抗氧化,防热 导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞 行器头部受到强激波,对头部产生很大的压力,其 前苏联BPH 最高温区C复合材料结构防热瓦抗氧化,防热 最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承 洲 Hermes最高温区aC复合材料薄壳热结构抗氧化,防热 受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外 最高温区CC复合材料薄壳热结构抗氧化防热 和选材,能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量 日本 Hope 较高温区CC复合材料支座式面板抗氧化,防热 1%~10%左右121 最高温区αC复合材料薄壳热结构抗氧化,防热 对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境 英国Hote 较高温区CC复合材料面板抗氧化,防热 中烧蚀量低,且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波 能力、抗核爆辐射性能和在全天候使用的性能。三 喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基CC 维编织的C/C复合材料,其石墨化后的热导性足以 复合材料,增强体多为整体针刺碳毡、多向编织等,并 满足弹头再入时由-160℃至气动加热时1700℃时在表面涂覆SC以提高抗氧化性和抗冲蚀能力1 的热冲击要求,可以预防弹头鼻锥的热应力过大引 美国在此方面的应用有:①“民兵Ⅲ导弹发动 起的整体破坏;其低密度可提高导弹弹头射程,已在机第三级的喷管喉衬材料;②“北极星”A-7发动机 很多战略导弹弹头上得到应用(见表1)。除了导喷管的收敛段;③MX导弹第三级发动机的可延伸 弹的再入鼻锥,CC复合材料还可作热防护材料用出口锥(三维编织薄壁CC复合材料制品)。俄罗 于航天飞机(见表2) 斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥(三维编织薄 2.2固体火箭发动机喷管上的应用 壁C/C复合材料制品) C/C复合材料自上世纪70年代首次作为固体2.3刹车领域的应用 火箭发动机(SRM)喉衬飞行成功以来,极大地推动 C/C复合材料刹车盘的实验性研究于上世纪 了SRM喷管材料的发展。采用CC复合材料的喉1973年第一次用于飞机刹车。目前 衬、扩张段、延伸出口锥,具有极低的烧蚀率和良好C复合材料用作飞机刹车装置。高性能刹车材料要 的烧蚀轮廓,可提高喷管效率1%~3%,即可大大求高比热容、高熔点以及高温下的强度,C/C复合材 提高了SRM的比冲 料正好适应了这一要求,制作的飞机刹车盘重量轻、 201994-2010ChinaAcademicjOurmalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 3 期 李翠云等 :碳/ 碳复合材料的应用研究进展 热冲击能力很强 ,不仅可用于高温环境 ,而且适合温 度急剧变化的场合。其比热容高 ,这对于飞机刹车 等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。 C/ C 复合材料是一种升华2辐射型烧蚀材料 ,且 烧蚀均匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热 ,可 阻止热流传入飞行器内部。因此该材料被广泛用作 宇航领域中的烧蚀防热材料。 1. 4 摩擦磨损性能 C/ C 复合材料中碳纤维的微观组织为乱层石墨 结构 ,其摩擦系数比石墨高 ,特别是它的高温性能特 点 ,在高速高能量条件下摩擦升温高达 1000 ℃以上 时 ,其摩擦性能仍然保持平稳 ,这是其它材料所不具 备的。因此 ,C/ C 复合材料作为军用和民用飞机的 刹车盘材料越来越广泛。 2 C/ C复合材料的应用 世界各国均把 C/ C 复合材料用作导弹及先进 飞行器高温区的主要热结构材料 ,随着材料性能的 不断改进 ,其应用领域逐渐拓宽。 2. 1 先进飞行器上的应用 导弹、载人飞船、航天飞机等 ,在再入环境时飞 行器头部受到强激波 , 对头部产生很大的压力 ,其 最苛刻部位温度可达 2760 ℃,所以必须选择能够承 受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形 和选材 ,能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量 1 %～10 %左右[2 ] 。 对导弹的端头帽 ,也要求防热材料在再入环境 中烧蚀量低 ,且烧蚀均匀对称 ,同时希望它具有吸波 能力、抗核爆辐射性能和在全天候使用的性能。三 维编织的 C/ C 复合材料 ,其石墨化后的热导性足以 满足弹头再入时由 - 160 ℃至气动加热时 1700 ℃时 的热冲击要求 ,可以预防弹头鼻锥的热应力过大引 起的整体破坏 ;其低密度可提高导弹弹头射程 ,已在 很多战略导弹弹头上得到应用[3 ] (见表 1) 。除了导 弹的再入鼻锥 ,C/ C 复合材料还可作热防护材料用 于航天飞机(见表 2) 。 2. 2 固体火箭发动机喷管上的应用 C/ C 复合材料自上世纪 70 年代首次作为固体 火箭发动机(SRM) 喉衬飞行成功以来 ,极大地推动 了 SRM 喷管材料的发展。采用 C/ C 复合材料的喉 衬、扩张段、延伸出口锥 ,具有极低的烧蚀率和良好 的烧蚀轮廓 ,可提高喷管效率 1 %～3 % ,即可大大 提高了 SRM 的比冲[4 ] 。 表 1 美国 C/ C复合材料在战略导弹上的应用 导弹型号 使用部位 材料结构 使用军种 民兵 III 号 M K212A 鼻锥 细编穿刺 C/ C 复合材料 空军 MX M K221 型鼻锥 3DC/ C 复合材料 或细编穿刺品 空军 发动机喷管喉衬 3DC/ C 复合材料 空军 SICBM M K221 型鼻锥 3DC/ C 复合材料 或细编穿刺品 空军 发动机喷管喉衬 3DC/ C 复合材料 空军 三叉戟 I 号 M K25 型鼻锥 3DC/ C 复合材料 或 4DC/ C 复合材料 海军 发动机喷管喉衬 3DC/ C 复合材料 海军 卫兵 反弹道导弹鼻锥 3DC/ C 复合材料 陆军 SPI 反弹道导弹鼻锥 3DC/ C 复合材料 陆军 表 2 C/ C复合材料在航天飞机上的应用 国家 飞机名称使用区域 具体部件 功能 美国 Shuttle 最高温区 C/ C复合材料薄壳热结构 抗氧化 ,防热 较高温区 防热瓦 C/ C复合材料机头锥 抗氧化 ,防热 NASP (超音速) 最高温区 C/ C复合材料薄壁热结构 抗氧化 ,防热 较高温区 C/ C复合材料面板 抗氧化 ,防热 前苏联 BypaH (暴风雪) 最高温区 C/ C复合材料结构防热瓦 抗氧化 ,防热 欧洲 Hermes 最高温区 C/ C复合材料薄壳热结构 抗氧化 ,防热 日本 Hope 最高温区 C/ C复合材料薄壳热结构 抗氧化 ,防热 较高温区 C/ C复合材料支座式面板 抗氧化 ,防热 英国 Hotel 最高温区 C/ C复合材料薄壳热结构 抗氧化 ,防热 较高温区 C/ C复合材料面板 抗氧化 ,防热 喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基 C/ C 复合材料 ,增强体多为整体针刺碳毡、多向编织等 ,并 在表面涂覆 SiC 以提高抗氧化性和抗冲蚀能力[5 ,6 ] 。 美国在此方面的应用有 : ①“民兵2Ⅲ”导弹发动 机第三级的喷管喉衬材料 ; ②“北极星”A27 发动机 喷管的收敛段 ; ③MX 导弹第三级发动机的可延伸 出口锥(三维编织薄壁 C/ C 复合材料制品) 。俄罗 斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥 (三维编织薄 壁 C/ C 复合材料制品) 。 2. 3 刹车领域的应用 C/ C 复合材料刹车盘的实验性研究于上世纪 1973 年第一次用于飞机刹车。目前 ,一半以上的 C/ C 复合材料用作飞机刹车装置。高性能刹车材料要 求高比热容、高熔点以及高温下的强度 ,C/ C 复合材 料正好适应了这一要求 ,制作的飞机刹车盘重量轻、 ·19 ·
化工新型材料 第34卷 耐温高、比热容比钢髙2.5倍;同金属刹车相比,可件,代替石棉制造熔融玻璃的滑道,不仅无毒而且与 节省40%的结构重量。碳刹车盘的使用寿命是金熔融玻璃不浸润,使用寿命可提高100倍以上。在 属基的5~7倍,刹车力矩平稳,刹车时噪声小,因此核反应堆中用于制造无线电频率限幅器;由于其高 碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的一次 导率和良好的尺寸稳定性,可制造卫星通讯抛物面 重大的技术进步3。 无线电天线反射器;此外可以制作高温紧固件(螺 目前法国欧洲动力、碳工业等公司已批量生产栓、螺母、垫片等)、热压模具和超塑性加工模具、真 C/C复合材料刹车片,英国邓禄普公司也已大量生空炉中的结构性支撑件等。在文体用品方面,因其 产CC复合材料刹车片,用于赛车、火车和战斗机量轻、刚性好和不易破断等特性,被用于赛车、高 的刹车材料 尔夫球杆和游艇等文体用品 2.4CC复合材料用作高温结构材料 由于C/C复合材料的高温力学性能,使之有可 3结语 能成为工作温度达1500~1700℃的航空发动机的 CC复合材料的应用正在由航天领域进入普通 理想材料,有着潜在的发展前景。 航空和其他一般工业领域中,广泛取代其他材料。C 2.4.1涡轮发动机10 C复合材料的发展方向将由双元复合向多元复合发 C/C复合材料在涡轮机及燃气系统(已成功地展。今后将以结构CC复合材料为主,向功能和多功 用于燃烧室、导管、阀门)中的静止件和转动件方面能CC复合材料发展研究的重点是控制孔隙的最佳 有着潜在的应用前景,例如用于叶片和活塞,可明显数量,提高高温下的抗氧化性能,降低成本。 减轻重量提高燃烧室的温度,大幅度提高热效率 参考文献 2.4.2内燃发动机 CC复合材料因其密度低、优异的摩擦性能、热 1」武保华,刘春立,张涛等.碳/碳复合材料超高温力学性能测试 膨胀率低,从而有利于控制活塞与汽缸之间的空隙, 研究[J]宇航材料工艺,2001(6):677L 目前正在研究开发用其制活塞。 2]罗瑞盈碳/碳复合材料制备工艺及研究现状卩J}器材料科学 与工程,1998,21(1):6470 4.3发热元件 [3]朱良杰,廖东娟.炭/炭复合材料在美国导弹上的应用[J-宇 与石墨发热体强度低脆,加工运输困难相比 航材料工艺,19934(12):10-13. C复合材料强度高,韧性好,耐高温,可减少发热体 [4]丘哲明固体火箭发动机材料与工艺[M]北京:宇航出版社 体积,扩大工作区 995,338-342 2.5生物学上的应用山 [5」左劲旅,张红波,熊翔,黄启忠等.喉衬用炭/炭复合材料研究 碳材料是目前生物相容性最好的材料之一。在 进展[]炭素,2003(2):7-10 [6 Sola C, Appendino P, Bosco F, et al. Protective Glass Coating 骨修复上,碳/碳复合材料能控制孔隙的形态,这是 for Carbor Carbon Composites [J]. Carbon, 1998, 36(7-8) 很重要的特性,因为多孔结构经处理后,可使天然骨 l213-1218 骼融入材料之中。故C/C复合材料是一种极有潜 [7 Choury J J Carbor Carbon materials for nozzles of solid pro- 力的新型生物医用材料,在人体骨修复与骨替代方 pellant rocket motors. ALAA. P76-609 面有较好的应用前景。 [8 John M. Barton, Lan Hameton, et al. Mechanical properties of tough, high temperature carbon fiber composites from CC复合材料作为生物医用材料主要有以下优点 vel functionalized aryl cyanate ester polymers[J]- polymer (1)生物相容性好,强度高,耐疲劳,韧性好; 1996,37(20):45194528 (2)在生物体内稳定,不被腐蚀; [9 Shur En Hsu, Huar Der Wv, Tsung- Ming Wv, et al. Oxida- (3)与骨的弹性模量接近,具有良好的生物力学 tion Protection for 3D Carbon/ Carbon Composites [J]-Acta 相容性。 10]李贺军,罗瑞盈,杨峥.碳/碳复合材料在航空领域的应用研 目前c/C复合材料在临床上已有骨盘骨夹板 现状卩}材料工程,1997(8):8-10 和骨针的应用;人工心脏瓣膜中耳修复材料也有研 [11 Yamamoto O, Sasamoto T, hinagak M. Antioxidation of Car 究报道;人工齿根已取得了很好的临床应用效果 bor Carbon Composites by SiC Concentration Gradient and 2.6其他方面的应用 Zircon Overcoating[J ] Carbon, 1995,33(4): 359-365 例如C/C复合材料在玻璃制造业中作热端部 收稿日期:2005-1021 201994-2010ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
化 工 新 型 材 料 第 34 卷 耐温高、比热容比钢高 2. 5 倍 ;同金属刹车相比 ,可 节省 40 %的结构重量。碳刹车盘的使用寿命是金 属基的 5～7 倍 ,刹车力矩平稳 ,刹车时噪声小 ,因此 碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的一次 重大的技术进步[ 7 ,8 ] 。 目前法国欧洲动力、碳工业等公司已批量生产 C/ C 复合材料刹车片 ,英国邓禄普公司也已大量生 产 C/ C 复合材料刹车片 ,用于赛车、火车和战斗机 的刹车材料[9 ] 。 2. 4 C/ C复合材料用作高温结构材料 由于 C/ C 复合材料的高温力学性能 ,使之有可 能成为工作温度达 1500～1700 ℃的航空发动机的 理想材料 ,有着潜在的发展前景。 2. 4. 1 涡轮发动机[10 ] C/ C 复合材料在涡轮机及燃气系统 (已成功地 用于燃烧室、导管、阀门) 中的静止件和转动件方面 有着潜在的应用前景 ,例如用于叶片和活塞 ,可明显 减轻重量 ,提高燃烧室的温度 ,大幅度提高热效率。 2. 4. 2 内燃发动机 C/ C 复合材料因其密度低、优异的摩擦性能、热 膨胀率低 ,从而有利于控制活塞与汽缸之间的空隙 , 目前正在研究开发用其制活塞。 2. 4. 3 发热元件 与石墨发热体强度低脆 ,加工运输困难相比 ,C/ C 复合材料强度高 ,韧性好 ,耐高温 ,可减少发热体 体积 ,扩大工作区。 2. 5 生物学上的应用[ 11] 碳材料是目前生物相容性最好的材料之一。在 骨修复上 ,碳/ 碳复合材料能控制孔隙的形态 ,这是 很重要的特性 ,因为多孔结构经处理后 ,可使天然骨 骼融入材料之中。故 C/ C 复合材料是一种极有潜 力的新型生物医用材料 ,在人体骨修复与骨替代方 面有较好的应用前景。 C/ C复合材料作为生物医用材料主要有以下优点: (1) 生物相容性好 ,强度高 ,耐疲劳 ,韧性好 ; (2) 在生物体内稳定 ,不被腐蚀 ; (3) 与骨的弹性模量接近 ,具有良好的生物力学 相容性。 目前 C/ C 复合材料在临床上已有骨盘骨夹板 和骨针的应用 ;人工心脏瓣膜中耳修复材料也有研 究报道 ;人工齿根已取得了很好的临床应用效果。 2. 6 其他方面的应用 例如 C/ C 复合材料在玻璃制造业中作热端部 件 ,代替石棉制造熔融玻璃的滑道 ,不仅无毒而且与 熔融玻璃不浸润 ,使用寿命可提高 100 倍以上。在 核反应堆中用于制造无线电频率限幅器 ;由于其高 导率和良好的尺寸稳定性 ,可制造卫星通讯抛物面 无线电天线反射器 ;此外可以制作高温紧固件 (螺 栓、螺母、垫片等) 、热压模具和超塑性加工模具、真 空炉中的结构性支撑件等。在文体用品方面 ,因其 质量轻、刚性好和不易破断等特性 ,被用于赛车、高 尔夫球杆和游艇等文体用品。 3 结 语 C/ C 复合材料的应用正在由航天领域进入普通 航空和其他一般工业领域中 ,广泛取代其他材料。C/ C 复合材料的发展方向将由双元复合向多元复合发 展。今后将以结构 C/ C复合材料为主 ,向功能和多功 能 C/ C复合材料发展 ,研究的重点是控制孔隙的最佳 数量 ,提高高温下的抗氧化性能 ,降低成本。 参考文献 [ 1 ] 武保华 ,刘春立 ,张涛等. 碳/ 碳复合材料超高温力学性能测试 研究[J ]1 宇航材料工艺 ,2001 (6) :672711 [ 2 ] 罗瑞盈. 碳/ 碳复合材料制备工艺及研究现状[J ]1 器材料科学 与工程 ,1998 ,21 (1) :642701 [ 3 ] 朱良杰 ,廖东娟. 炭/ 炭复合材料在美国导弹上的应用[J ]1 宇 航材料工艺 ,1993 ,4 (12) :102131 [ 4 ] 丘哲明. 固体火箭发动机材料与工艺[ M ]. 北京 :宇航出版社 , 1995 ,3382342 [ 5 ] 左劲旅 ,张红波 ,熊翔 ,黄启忠等. 喉衬用炭/ 炭复合材料研究 进展[J ]1 炭素 ,2003 (2) :72101 [ 6 ] Sola C ,Appendino P ,Bosco F ,et al. Protective Glass Coating for Carbon2Carbon Composites [J ]1Carbon , 1998 , 36 ( 728 ) : 1213212181 [ 7 ] Choury J J. Carbon2Carbon materials for nozzles of solid pro2 pellant rocket motors. AIAA. P7626091 [ 8 ] John M. Barton , Lan Hameton , et al. Mechanical properties of tough , high temperature carbon fiber composites from no2 vel functionalized aryl cyanate ester polymers [J ]1 Polymer , 1996 ,37 (20) : 4519245281 [ 9 ] Shu2En Hsu , Huan2Der Wv , Tsung2Ming Wv ,et al. Oxida2 tion Protection for 3D Carbon/ Carbon Composites [J ]1 Acta Astronautica ,1995 ,35 (1) :352411 [ 10 ] 李贺军 ,罗瑞盈 ,杨峥. 碳/ 碳复合材料在航空领域的应用研 究现状[J ]1 材料工程 ,1997 (8) :82101 [ 11 ] Yamamoto O , Sasamoto T , Iinagak M. Antioxidation of Car2 bon2Carbon Composites by SiC Concentration Gradient and Zircon Overcoating[J ]1Carbon ,1995 ,33 (4) :35923651 收稿日期 :2005210221 ·20 ·
