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1、C/CC/C复合材料复合材料1091900108 计璇计璇目目目目录录录录定义性能制备工艺应用一一一一 定定定定义义义义 碳/碳复合材料是复合材料的一种,它是以碳为基体,由碳纤维或其制品(碳毡或碳布)增强的复合材料.二二二二 性能性能性能性能 它兼有碳的惰性和碳纤维的高强度,具有良好的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、磨擦减振特性及热、电传导特性等特点.而且,其质轻,比强度和比弹性模量都很高,更重要的是这种材料随着温度的升高(可达2 200)其强度不降低,甚至比室温条件下还高。三三三三 制制制制备备备备工工工工艺艺艺艺制备碳/碳复合材料主要步骤为:预制体成型 致密化处理 最终高温热处理3.13.1
2、预预制体成型制体成型 在在进进行行预预制体成型前制体成型前,根据所根据所设计设计复合材料复合材料的的应应用和工作用和工作环环境来境来选择纤维选择纤维种种类类和和编织编织方式方式.例如例如 ,对对重要的重要的结结构构选选用高用高强强度、度、高模量高模量纤维纤维.对对要求要求导热导热系数低的系数低的则选则选用低用低模量炭模量炭纤维纤维 ,如粘胶基炭如粘胶基炭纤维纤维 成型方法成型方法为为用短用短纤维纤维增增强强:(1):(1)压滤压滤法法;(2);(2)喷喷涂法涂法;(3);(3)热压热压法法;(4);(4)浇浇注法注法 用用连续长纤维连续长纤维增增强强:(1):(1)预预浸布浸布层压层压、铺压铺
3、压、缠绕缠绕等做成等做成层压层压板、板、回回转转体和异形薄壁体和异形薄壁结结构构;(2);(2)编织编织技技术术.3.23.2致密化处理致密化处理 成型后的预制体含有许多孔隙成型后的预制体含有许多孔隙,密密度也低度也低 ,不能直接应用不能直接应用 ,须将炭沉积于预制体须将炭沉积于预制体 ,填满其孔隙填满其孔隙 ,才能成为真正的结构致密、才能成为真正的结构致密、性能优良的碳性能优良的碳/碳复合材料碳复合材料 ,此即致密化过程此即致密化过程.传统的致密化传统的致密化工艺大体分为液相浸渍和化学气工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积相沉积(CVI)(CVI)两种两种.3.33.3液相浸渍工艺液相浸渍工艺
4、 液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行.重复浸渍重复浸渍 炭化炭化 石墨化石墨化 ,达到致密预制体达到致密预制体.此工艺存在问题是此工艺存在问题是:(1)(1)工艺繁复、工艺繁复、周期长、周期长、效率低效率低;(2)(2)液体难以浸渍到预制体微孔中液体难以浸渍到预制体微孔中;(3)(3)有些浸渍液在常压和减压下炭化收率低有些浸渍液在常压和减压下炭化收率低 ,必须加压必须加压(4)(4)有些浸渍液炭化时粘附性过好有些浸渍液炭化时粘附性过好 ,易于阻塞气孔口易于阻塞气孔口 ,难难 以达到致密要求以达到致密要求 ,如树脂如树脂 化学气相沉积(Chemical Vapo
5、r Infiltration,(Chemical Vapor Infiltration,简称简称 CVI)CVI)工艺工艺.有的文献称化学气相沉积工艺是最早采用的一有的文献称化学气相沉积工艺是最早采用的一种致密化方法种致密化方法 .主要原理是利用碳氢化合物气体在高温主要原理是利用碳氢化合物气体在高温下分解并沉积炭于预制体下分解并沉积炭于预制体.与液相浸渍工艺相比与液相浸渍工艺相比 ,化学气化学气相沉积工艺不仅过程便于精确控制相沉积工艺不仅过程便于精确控制 ,而且所制备的材料而且所制备的材料还具有结构均匀、还具有结构均匀、完整、完整、致密性好、石墨化程度高等致密性好、石墨化程度高等优点优点.目前
6、国外主要用等温目前国外主要用等温 CVICVI法生产碳法生产碳/碳复合材料刹碳复合材料刹车盘车盘.3.43.4(1)(1)因其良好的生物相容性因其良好的生物相容性 ,在生物医学方面在生物医学方面 ,可可作人体骨骼的替代材料作人体骨骼的替代材料 ,比如人工髋关节、比如人工髋关节、膝关膝关节、节、牙根等牙根等.(2)(2)汽车、汽车、赛车的制动系统赛车的制动系统.(3)(3)利用其高导电率和很高尺寸稳定性利用其高导电率和很高尺寸稳定性 ,制造卫星制造卫星通讯抛物面无线电天线反射器通讯抛物面无线电天线反射器.(4)(4)用碳用碳/碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑碳复合材料代替石棉制造熔融玻璃的滑道道 ,其寿命可提高其寿命可提高100100倍以上倍以上.(5)(5)制作高温紧固件制作高温紧固件.在在700 700 以上以上 ,金属紧固件金属紧固件强度很低强度很低 ,而碳而碳/碳复合材料在高温下呈现优异承碳复合材料在高温下呈现优异承载能力载能力 ,可作高温下使用的螺栓、可作高温下使用的螺栓、螺母、螺母、垫片等垫片等.四四四四 应应应应用用用用