匚艺材料 碳/′碳复合材料的特殊应用 摘要碳/′碳复合材料(CCC)是一种特殊高性能复合材料,自1960年以来,已有100多个用CCC制作的不 同构件得到应用。简述了cCC特性、可应用性、CCC的选择和使用条件,重点介绍了CCC在航空航天领域的典型 应用 主题词碳/碳复合材料导弹飞行器动力装置连接件模具 性能、所采用的增强物和基体类型、每种组分的取 cc℃是一种特殊的高性能材料,这种材料把聚向和百分率所致。通过复合材料设计,能够获得强 晶和热解石墨的耐热性能和结构性能与复合材料结的各向异性,但是这些性能中的许多性能在其它材 构设计固有的多用性相结合。复合材料可以用各种料中是不可获得的 方式制造,从单向(ID)到多向(n),采用单向纤 维束和纱线、带、织物及编织预型件。 2CCC的可用性 复合材料的性能是极易改变的,这样,可以提 在过去30年,世界上已开发出100多种CCC。根 高使用能力、零件设计灵活性和发展需要的适应据主要组分、组分量和取向及加工条件,每种复合 性acCC一般含有基体和增强纤维,每一种材料都材料是不同的。现已能获得各种结构、尺寸和厚度 具有不同的含碳结构和性能。将专用填充剂加入基的CCC。用CCC已制成各种形状的零部件,如圆 体就可获得特殊性能,如抗氧化性εCC℃在航空航柱、空心圆筒、截头锥等。已制造了直径为2m的 天、武器系统的发展和竞争中起重要作用。美国在空心截头锥,截面12m×37m的结构板。目前质 1960年生产了CCC,此后,设计、制造和试验了许量最大的CCC零件约为1818kg,并且要用CCC制 多不同类型的材料。最有希望的材料在航空航天领造火箭发动机喷管喉道。研究、开发和应用CCC的 域已获得应用。在这些应用中,CCC显示出具有一国家至少有22个。主要的制造厂家是在美国、法国 系列优点,包括性能提高、质量减轻、寿命长及寿和俄国,而在英国、德国和日本则生产少量CCC 命周期费用低以及其它效益。第一代CCC用于飞机其它国家包括印度、朝鲜和中国,世界年产量约为 摩擦系统、导弹弹头和固体发动机,以后,又研制5436t6 了许多其它的CCC组件。 3CC的使用条件 lCCC的特性 cCC适用于各种环境条件,包括真空、高温空 cC℃具有某些特殊的材料性能,如摩擦系数气、热燃气。再入导弹头锥的温度可达6600℃。火 髙、高温下强度和刚度略有増加、耐烧蚀、耐腐蚀、箭喷管喉道温度约为3200℃再入导弹头锥,燃气 尺寸稳定性高、化学惰性、断裂韧性、热稳定性、涡轮发动机鱼鳞板等的受热时间从约ln到几千 耐核辐射、耐疲劳及高的导电性等。由于基体机械小时。为单一飞行任务设计了一些零件,而其它的 性能低,高温下的耐氧化性低等缺点,CCC扩大应零件要经受成千上万次加热循环。 用受到制约。 不像金属和其它均质材料那样,CCC具有强的4应用 各向异性。这是由于每种复合材料组分的各向异性 CCC的应用通常分为两类:用于不承载的零部 飞航导弹2000年第6期 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishinghOuse.Allrightsreservedhtp://www.cnki.net工艺材料 碳ö碳复合材料的特殊应用 摘 要 碳ö碳复合材料(CCC) 是一种特殊高性能复合材料, 自1960年以来, 已有100多个用 CCC 制作的不 同构件得到应用。简述了 CCC 特性、可应用性、CCC 的选择和使用条件; 重点介绍了 CCC 在航空航天领域的典型 应用。 主题词 碳ö碳复合材料 导弹 飞行器 动力装置 连接件 模具 前 言 CCC 是一种特殊的高性能材料, 这种材料把聚 晶和热解石墨的耐热性能和结构性能与复合材料结 构设计固有的多用性相结合。复合材料可以用各种 方式制造, 从单向(1D ) 到多向(n2D ) , 采用单向纤 维束和纱线、带、织物及编织预型件。 复合材料的性能是极易改变的, 这样, 可以提 高使用能力、零件设计灵活性和发展需要的适应 性。CCC 一般含有基体和增强纤维, 每一种材料都 具有不同的含碳结构和性能。将专用填充剂加入基 体就可获得特殊性能, 如抗氧化性。CCC 在航空航 天、武器系统的发展和竞争中起重要作用。美国在 1960年生产了 CCC, 此后, 设计、制造和试验了许 多不同类型的材料。最有希望的材料在航空航天领 域已获得应用。在这些应用中, CCC 显示出具有一 系列优点, 包括性能提高、质量减轻、寿命长及寿 命周期费用低以及其它效益。第一代CCC 用于飞机 摩擦系统、导弹弹头和固体发动机, 以后, 又研制 了许多其它的CCC 组件。 1 CCC 的特性 CCC 具有某些特殊的材料性能, 如摩擦系数 高、高温下强度和刚度略有增加、耐烧蚀、耐腐蚀、 尺寸稳定性高、化学惰性、断裂韧性、热稳定性、 耐核辐射、耐疲劳及高的导电性等。由于基体机械 性能低, 高温下的耐氧化性低等缺点, CCC 扩大应 用受到制约。 不像金属和其它均质材料那样, CCC 具有强的 各向异性。这是由于每种复合材料组分的各向异性 性能、所采用的增强物和基体类型、每种组分的取 向和百分率所致。通过复合材料设计, 能够获得强 的各向异性, 但是这些性能中的许多性能在其它材 料中是不可获得的。 2 CCC 的可用性 在过去30年, 世界上已开发出100多种CCC。根 据主要组分、组分量和取向及加工条件, 每种复合 材料是不同的。现已能获得各种结构、尺寸和厚度 的 CCC。用 CCC 已制成各种形状的零部件, 如圆 柱、空心圆筒、截头锥等。已制造了直径为2. 4m 的 空心截头锥, 截面1. 2m ×3. 7m 的结构板。目前质 量最大的CCC 零件约为1 818kg, 并且要用CCC 制 造火箭发动机喷管喉道。研究、开发和应用CCC 的 国家至少有22个。主要的制造厂家是在美国、法国 和俄国, 而在英国、德国和日本则生产少量 CCC。 其它国家包括印度、朝鲜和中国, 世界年产量约为 5. 436t。 3 CCC 的使用条件 CCC 适用于各种环境条件, 包括真空、高温空 气、热燃气。再入导弹头锥的温度可达6 600℃。火 箭喷管喉道温度约为3 200℃。再入导弹头锥, 燃气 涡轮发动机鱼鳞板等的受热时间从约1m in 到几千 小时。为单一飞行任务设计了一些零件, 而其它的 零件要经受成千上万次加热循环。 4 应用 CCC 的应用通常分为两类: 用于不承载的零部 ·58· 飞航导弹 2000 年第 6 期