碳碳復(fù)合材料特性及應(yīng)用

   碳碳復(fù)合材料作為一種優(yōu)良的熱結(jié)構(gòu)和功能工程材料，自誕生以來在軍事工業(yè)上取得了巨大的進(jìn)展，其重要用途是制造彈頭零件。由于其耐高溫和良好的摩擦性能，已廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)、飛機(jī)剎車、熱元件和機(jī)械緊固件、熱交換器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件等。

    目前，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和制動(dòng)盤是碳/碳復(fù)合材料的兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。超過一半的碳/碳復(fù)合材料用于飛機(jī)剎車。碳/碳復(fù)合材料制成的飛機(jī)剎車盤重量輕，溫度高，比熱容比鋼高2.5倍。與金屬制動(dòng)材料相比，可節(jié)省40%的結(jié)構(gòu)重量，延長(zhǎng)使用壽命5-7倍，穩(wěn)定制動(dòng)扭矩，降低制動(dòng)時(shí)的噪音。因此，碳剎車盤的問世被視為剎車材料史上的重大技術(shù)進(jìn)步。

    碳/碳復(fù)合材料是由碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基復(fù)合材料，具有低密度、高模量、高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好、抗熱震性好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。它是為數(shù)不多的1650℃以上應(yīng)用的候選材料之一，理論溫度高達(dá)2600℃，因此被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的高溫材料之一。

    碳/碳復(fù)合材料的制備方法主要包括化學(xué)氣相法和液相浸漬法。化學(xué)相法以有機(jī)低分子氣體為前驅(qū)體，液相浸漬法以熱塑性樹脂如瀝青或熱固性樹脂如酚醛樹脂為前驅(qū)體。這些原料在高溫下經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，轉(zhuǎn)化為基體碳。

    其中，化學(xué)氣相沉積法是將碳直接沉積在坯體的孔隙中。產(chǎn)品物理機(jī)械性能良好，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)。液相浸漬法是將碳纖維預(yù)制體浸入液體浸漬劑中，然后進(jìn)行固化、碳化、石墨化等處理。從而獲得碳/碳復(fù)合材料。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，但產(chǎn)品的致密性不影響其物理性能。為了獲得良好的致密化效果，通常采用兩種方法制備具有理想密度的碳/碳復(fù)合材料。