炭炭復(fù)合材料坩堝

1、剎車領(lǐng)域的應(yīng)用

C/C復(fù)合材料剎車盤的實(shí)驗(yàn)性研究于上世紀(jì)1973年第一次用于飛機(jī)剎車。目前，一半以上的C/C復(fù)合材料用做飛機(jī)剎車裝置。高性能剎車材料要求高比熱容、高熔點(diǎn)以及高溫下的強(qiáng)度，C/C復(fù)合材料正好是贏了這一要求，制作的飛機(jī)剎車盤重量輕、耐高溫、比熱容比鋼高2.5倍，同金屬剎車相比，可節(jié)省40%的結(jié)構(gòu)重量。碳剎車盤的使用壽命是金屬的5~7倍，剎車力矩平穩(wěn)，剎車時(shí)噪音小，因此碳剎車盤的問世被認(rèn)為是剎車材料發(fā)展史上的一次重大的技術(shù)進(jìn)步。目前法國(guó)歐洲動(dòng)力、碳工業(yè)等公司已經(jīng)批量生產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，英國(guó)鄧祿普公司也已大量生產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，用于賽車、火車和戰(zhàn)斗機(jī)的剎車材料。

2、先進(jìn)飛行器上的應(yīng)用

導(dǎo)彈、載人飛船、航天飛機(jī)等 ,在再入環(huán)境時(shí)飛行器頭部受到強(qiáng)激波， 對(duì)頭部產(chǎn)生很大的壓力，其最苛刻部位溫度可達(dá)2760℃,所以必須選擇能夠承受再入環(huán)境苛刻條件的材料。設(shè)計(jì)合理的鼻錐外形和選材，能使實(shí)際流入飛行器的能量?jī)H為整個(gè)熱量1%~10%左右。對(duì)導(dǎo)彈的端頭帽,也要求防熱材料在再入環(huán)境中燒蝕量低，且燒蝕均勻?qū)ΨQ,同時(shí)希望它具有吸波能力、抗核爆輻射性能和全天候使用的性能。三維編織的 C/ C復(fù)合材料，其石墨化后的熱導(dǎo)性足以滿足彈頭再入時(shí)由160 ℃至氣動(dòng)加熱至1700 ℃時(shí)的熱沖擊要求，可以預(yù)防彈頭鼻錐的熱應(yīng)力過大引起的整體破壞;其低密度可提高導(dǎo)彈彈頭射程，已在很多戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭上得到應(yīng)用。除了導(dǎo)彈的再入鼻錐，C/ C 復(fù)合材料還可作熱防護(hù)材料用于航天飛機(jī)。

3、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上的應(yīng)用

C/ C復(fù)合材料自上世紀(jì)70 年代首次作為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(SRM) 喉襯飛行成功以來，極大地推動(dòng)了SRM噴管材料的發(fā)展。采用 C/ C 復(fù)合材料的喉襯、擴(kuò)張段、延伸出口錐，具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓，可提高噴管效率1 %~3%,即可大大提高了SRM 的比沖。喉襯部一般采用多維編織的高密度瀝青基C/ C復(fù)合材料，增強(qiáng)體多為整體針刺碳?xì)?、多向編織?并在表面涂覆SiC以提高抗氧化性和抗沖蝕能力。美國(guó)在此方面的應(yīng)用有:①"民兵2Ⅲ"導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)第三級(jí)的噴管喉襯材料; ②"北極星"A27 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的收斂段;③MX 導(dǎo)彈第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的可延伸出口錐(三維編織薄壁 C/ C 復(fù)合材料制品)。俄羅斯用在潛地導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管延伸錐(三維編織薄壁 C/ C復(fù)合材料制品) 。

4、C/ C 復(fù)合材料用作高溫結(jié)構(gòu)材料

由于 C/ C 復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能，使之有可能成為工作溫度達(dá)1500~1700 ℃的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的理想材料,有著潛在的發(fā)展前景。

5、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

C/ C復(fù)合材料在渦輪機(jī)及燃?xì)庀到y(tǒng) (已成功地用于燃燒室、導(dǎo)管、閥門) 中的靜止件和轉(zhuǎn)動(dòng)件方面有著潛在的應(yīng)用前景,例如用于葉片和活塞，可明顯減輕重量 ,提高燃燒室的溫度 ,大幅度提高熱效率。

6、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)

C/ C復(fù)合材料因其密度低、優(yōu)異的摩擦性能、熱膨脹率低，從而有利于控制活塞與汽缸之間的空隙，目前正在研究開發(fā)用其制活塞。

·低密度(1.45-1.7 G/CM3)

·纖維方向的熱膨脹系數(shù)低，在高溫情況不會(huì)變得很脆

·高抗熱震性

·無熱循環(huán)載荷下的壓力

·很好的抗蠕變性

·良好的化學(xué)穩(wěn)定性

·可調(diào)的電氣和熱性能，依賴于纖維增強(qiáng)材料和熱處理

·可以在溫度高達(dá)2800度使用，在真空下或惰性氣體也能使用

·良好的導(dǎo)電性能

·各向異性;

·彎曲和拉伸強(qiáng)度好，導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性的材料具有不同的值

·導(dǎo)熱系數(shù)低

C/C復(fù)合材料坩堝在熔煉金屬，稀貴金屬、非金屬方面有很大的應(yīng)用。

C/C復(fù)合材料是指以炭纖維或其織物為增強(qiáng)相，以化學(xué)氣相滲透的熱解炭或液相浸漬-炭化的樹脂炭、瀝青炭為基體組成的一種純炭多相結(jié)構(gòu)。它源于1958年，美國(guó)Chance-Vought公司由于實(shí)驗(yàn)室事故，在炭纖維樹脂基復(fù)合材料固化時(shí)超過溫度，樹脂炭化形成C/C復(fù)合材料。

炭/炭(C/C)復(fù)合材料是一種新型高性能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性、高導(dǎo)熱、隔熱優(yōu)異和低密度等優(yōu)異特性，在機(jī)械、電子、化工、冶金和核能等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，并且在航天、航空和國(guó)防領(lǐng)域中的關(guān)鍵部件上大量應(yīng)用。我國(guó)對(duì)C/C復(fù)合材料的研究和開發(fā)主要集中在航天、航空等高技術(shù)領(lǐng)域，較少涉足民用高性能、低成本C/C復(fù)合材料的研究。目前整體研究還停留在對(duì)材料宏觀性能的追求上，對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)和性能可控性、可調(diào)性等基礎(chǔ)研究還相當(dāng)薄弱，難以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高性能C/C復(fù)合材料的需求。因此，開展高性能C/C復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究具有重大的科學(xué)意義和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

竹炭活性炭是將原材料--竹子高溫碳化后，繼續(xù)放在活化爐中進(jìn)行高溫催化或化學(xué)催化(活化)，再經(jīng)過酸洗(或水洗)、烘干后制成。

那么，竹炭活性炭和竹炭相比，又哪些不同呢?

1、加工工藝不同

竹炭只經(jīng)過炭化階段，而活性炭除炭化工藝外，還要經(jīng)過活化階段。

2、微觀結(jié)構(gòu)千差萬別:

竹炭的孔隙以大孔為主，其直徑以200nm(納米單位，下同)左右為主;

而竹炭活性炭以微孔占主導(dǎo)地位，孔隙直徑大小分為三類:大孔(≥50nm)，約占總孔容積的10~30%，微孔(≤2nm)約占總孔容積的60~90%，中孔又稱過渡孔(2nm≤φ≤50nm)，約占總孔容積的5~7%，孔隙平均直徑約為1.5nm。

3、比表面積大小不一

比表面積是指單位質(zhì)量所占有表面積的大小。即1克炭的表面積與所有孔隙面積的總和。燒制溫度在500℃以上的竹炭，比表面積在150㎡/g至350㎡/g之間;

而用物理或化學(xué)方法進(jìn)行二次活化制成竹炭活性炭，比表面積可達(dá)到900m2/g甚至2000m2/g以上。因孔隙結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)，比表面積越大，其吸附功能越強(qiáng)，因此總體上竹炭活性炭比竹炭的吸附性更強(qiáng)。

4、硬度相差較大

竹炭密度大，硬度高，不易碎，適合做耐磨的家紡用品;

而竹炭活性炭具有比重輕、細(xì)軟，易碎，比硬度椰殼活性炭更適合用在軟裝家紡上。

5、生產(chǎn)成本差異很大

竹炭只需一次炭化過程，而竹炭活性炭還需要一個(gè)活化過程，其成本比竹炭要高許多，約為竹炭的3-5倍。因此產(chǎn)品售價(jià)也是竹炭的3-5倍。

6、原料及其消耗不一樣

竹炭活性炭的原料消耗一般比竹炭高3-5倍，比如6t毛竹可燒制1t竹炭，但3-5t竹炭才能加工1t竹制活性炭。當(dāng)然活性炭的原料范圍較廣，如木屑、秸稈、煤渣、硬果殼等等，都可燒制。

7、形狀不一

竹炭千姿百態(tài)，有筒炭、片炭、碎炭、顆粒炭、炭粉等等，使用范圍很廣，如筒炭可以做成各種工藝品，炭片可用于凈水煮飯，等等;

而竹炭活性炭一般只有粉末狀(直徑≤0.18mm)與顆粒狀(直徑≤8mm)兩類，由于沒有大塊活性炭，所以其應(yīng)用受到很大的局限。

8、吸附對(duì)象有差別

竹炭的孔隙以大孔為主，主要吸附一些大分子物質(zhì)，包括許多的微生物。

而竹炭活性炭有不同的孔結(jié)構(gòu)，用處更加廣泛。就分子直徑很小的物質(zhì)而言，活性炭的吸附性比竹炭要強(qiáng)好幾倍。而且活性炭吸附的針對(duì)性很強(qiáng)，不同的孔徑用于吸附不同的物質(zhì)。

竹炭竹炭活性炭用途廣泛，經(jīng)科學(xué)加工后，已廣泛運(yùn)用于健身護(hù)膚，家紡用品、汽車用品、工藝品、裝修材料、竹炭陶器、竹炭食品等方面。