炭炭复合材料及其制备.ppt

炭/炭复合材料及其制备
炭/炭复合材料及其发展进程
C/C复合材料是炭纤维增强炭基复合材料的简称,是由纤维增强相和基体相组成的一种复合结构。
C/C复合材料是1958年在Chance Vought航空公司实验室偶然得到的。
自七十年代,在美国和欧洲得到很大发展,在制定工艺方面,炭纤维多向编制技术、高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法(CVI)为有效得到高密度的 C/C复合材料提供了工艺基础,开辟了其制造、批量生产和应用的广阔前景。
八十年代以来,C/C复合材料的研究极为活跃,前苏联、日本等国也都进入了这一先进领域,在提高性能、快速致密化工艺研究以及扩大其应用等方面取得了很大进展,成为新世纪的关键新材料之一。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
一、C/C复合材料的主要性能特点:
低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2000℃以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性(组织成分及力学性能上均相容)、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能。
二、C/C复合材料的主要应用领域
1. 刹车制动中的应用:
C/C复合材料是理想的摩擦材料。大部分军用和民用飞机及一些高级赛车均采用C/C复合材料制造刹车装置。世界上生产的 C/C复合材料中按体积计算有63%用于制造飞机的刹车装置。
2. 航天领域上的应用:
航空器在受热最严峻的部位一般采用C/C复合材料制造,如固体火箭发动机的喷管、导弹鼻锥帽,这些部件的工作温度高达3000℃。
3. 航空发动机上的应用:
C/C复合材料能在高温下长时间稳定可靠地工作,用这种材料制造的涡轮发动机叶片代表着当前C/C复合材料的工艺水平。
4. 生物医学上的应用:
碳元素有良好的生物相容性,C/C 复合材料承继了这种特性,可作为牢固的材料用作高应力下的外科植入物,现已成功的在人体内植入了C/C复合材料制造的人工关节。
5. 其它方面的应用:
如C/C复合材料可以用于制造核反应堆中的无线电频率限幅器、卫星上的通讯反射器、内燃机的活塞、高温玻璃控制工具、高温紧固件、热压模、超塑性金属模具以及体育器材等。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
炭/炭复合材料的制备
炭纤维或其织物预制增强体
化学气相沉积
(CVD或CVI)
热固性树脂
浸渍、固化
沥青浸渍
炭化
900-1500℃
C/C复合材料
炭化
1000℃
石墨化处理
(2100-2800℃)
C/C复合材料
制备流程及工艺
炭纤维是制造C/C复合材料最主要的原材料之一。常用炭纤维有聚丙烯***(PAN)炭纤维和沥青基(Pitch)炭纤维,聚丙烯***基炭纤维应用最为广泛。
炭纤维的选择主要基于所设计的复合材料的应用和工作环境,用于增强C/C复合材料的纤维有多种,对重要的结构选用高强、高模纤维;对导热系数要求低则选用低模量炭纤维。
预制体是指按照产品的形状和性能要求,把炭纤维预先制成所需形状的毛坯。一般按增强方式分为短纤维增强预制体、连续长纤维增强预制体和长短纤维复合增强预制体。
炭/炭复合材料的制备
炭纤维预制体的致密化决定了制备C/C复合材料的成本和性能。致密化过程中的关键因素为:
一、速率和效率:即如何在尽可能短的时间里和用尽可能低的成本获得尽可能