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.netVol134 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