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 ·