71_碳碳复合材料.pptx

;碳/碳复合材料(C/C)定义：

碳/碳复合材料：是指以碳纤维或其织物为增强相，以化学气相渗透的热解碳或液相浸渍－碳化的树脂碳、沥青碳为基体组成的一种纯碳多相结构材料。

碳/碳复合材料源于1958年，美国Chance－Vought公司由实验室事故，在碳纤维树脂基复合材料固化时超过规定的温度，导致树脂碳化，却形成C/C复合材料。

碳/碳复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，在航天、航空和国防领域中的关键部件上获得大量应用。;我国碳/碳复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本碳

/碳复合材料的研究。

目前整体研究水平还停留在对材料宏观性能的追求上对材料组织结构和性能的可控性、可调性等基础研究还相当薄弱，难以满足国民经济发展对高性能碳/碳复合材料的需求。

因此，开展高性能碳/碳复合材料的基础研究具有重大的科学意义和社会、经济效益。

碳/碳复合材料的优点：

碳/碳复合材料具有可设计性；

质量轻，密度1.65~2.0g/cm3，仅为钢的四分之一;碳/碳复合材料的优点（续）：

力学特性随温度升高而增大（2200℃以前），是目前唯一能在2200℃以上保持高温强度的工程材料；

线膨胀系数小，高温尺寸稳定性好；

优异的耐烧蚀性能；

损伤容限高，良好的抗热震性能；

摩擦特性好，摩擦系数稳定，可在0.2~0.45范围内调整；用寿命长，在同等条件下的磨损量约为粉末冶金刹车材料的1/3～1/7；

承载水平高，过载能力强，高温下不会熔化，也不会发生粘接现象；

导热系数高、比热容大，是热库的优良材料；

优异的抗疲劳能力，具有一定的韧性，维修方便。;1.刹车领域的应用

碳/碳复合材料在1973年第一次用于飞机刹车片，目前,一半以上的C/C复合材料用做飞机刹车装置。

高性能刹车材料要求高比热容、高熔点以及高温强度，C/C复合材料正好满足这一要求，制作的飞机刹车盘重量轻、耐高温、比热容比钢高2.5倍，与金属刹车盘相比可减轻40%的结构重量。碳刹车盘的使??寿命是金属的5~7倍，刹车力矩平稳，刹车噪音小，因此碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的重大技术进步。

目前法国欧洲动力、碳工业等公司已经批量生产C/C复合材料刹车片，英国邓禄普公司也已大量生产C/C复合材料刹车片，用于赛车、火车和战斗机的刹车材料。;C/C复合材料作为刹车盘;2.先进飞行器

导弹、载人飞船、航天飞机等，在再入环境时飞行器头部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位温度可达2760℃，所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。

设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽也要

求防热材料，在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。

三维编织的C/C复合材料，其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160℃气动加热至1700℃时的热冲击要求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏；其低密度可提高导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/C复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。;C/C在航天领域中的应用;3.固体火箭发动机喷管上的应用

C/C复合材料自上世纪70年代首次作为固体火箭发动机(SRM)喉衬飞行成功以来，极大地推动了固体火箭发动机喷管材料的发展。

采用C/C复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥，具有极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓,可提高喷管效率1%～3%，即可大大提高固体火箭发动机的比冲。

喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基C/C复合材料,增强体多为整体针刺碳毡、多向编织结构等，并在表面涂覆SiC以提高抗氧化性和抗冲蚀能力。

美国在此方面的应用有：①“民兵2Ⅲ”导弹发动机第三的喷管喉衬材料；②“北极星”A27发动机喷管的收敛段;③MX导弹第三级发动机的可延伸出口锥(三维编织薄壁C/C复合材料制品)。

俄罗斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥(三维编织薄壁C/C复合材料制品)。;主要应用

碳/碳复合材料因具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、具有传热导电、自润滑、本身无毒等特点，首先在导弹、宇航工业中广泛应用。;C/C复合材料用作高温结构材料

由于C/C复合材料优异的高温力学性能，使之有可能成为工作温度达1500～1700℃的航空发动机的理想材料，有着潜在的发展前景。

涡轮发动机

C/C复合材料在涡轮机及燃气系统(已成功地用于燃烧室、导管、阀门)中的静止件和转动件方面有着潜在的应用前景，例如用于叶片和活塞，可明显减轻重量，提高燃烧室的