碳纖維增強(qiáng)基復(fù)合材料

碳材料的優(yōu)異的力學(xué)性能和熱物理性能,使它廣泛的應(yīng)用于核反應(yīng)堆,固體火箭噴管,熱交換器和制動(dòng)盤.而C-C材料的熱燒蝕性能廣泛應(yīng)用于燒蝕型防熱材料.如:用于火箭的噴管喉襯和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈頭錐;其次,在電子電器工業(yè)可作電極板,醫(yī)療中可作人工心臟瓣膜閥體。

它以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以碳或石墨化的樹脂作為基體。

復(fù)合以后的這種材料在高溫下的強(qiáng)度好，高溫形態(tài)穩(wěn)定，升華溫度高，燒蝕凹陷性，平行于增強(qiáng)方向具有高強(qiáng)度和高剛性，能抗裂紋傳播，可減震，抗輻射。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡(jiǎn)稱CFRP)是以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱碳纖維復(fù)合材料。

碳復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)在力學(xué)性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個(gè)方面。

(1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高溫的結(jié)構(gòu)中，它是最輕的材料;高溫的強(qiáng)度好，在2200oC時(shí)可保留室溫強(qiáng)度;有較高的斷裂韌性，抗疲勞性和抗蠕變性;而且拉伸強(qiáng)度和彈性模量高于一般的碳素材料，纖維取向明顯影響材料的強(qiáng)度，在受力時(shí)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)"假塑性效應(yīng)"即在施加載荷初期呈線性關(guān)系，后來變成雙線性關(guān)系，卸載后再加載，曲線仍為線性并可達(dá)到原來的載荷水平。

(2)熱膨脹系數(shù)小，比熱容高，能儲(chǔ)存大量的熱能，導(dǎo)熱率低，抗熱沖擊和熱摩擦的性能優(yōu)異。

(3)耐熱燒蝕的性能好，熱燒蝕性能是在熱流作用下，由于熱化學(xué)和機(jī)械過程中引起的固體材料表面損失的現(xiàn)象,通過表層材料的燒蝕帶走大量的熱量,可阻止熱流入材料內(nèi)部, C-C材料是一種升華-輻射型材料。

碳復(fù)合材料的成型加工技術(shù)包括碳纖維的坯體制造、碳基體的制造和基體與纖維的復(fù)合。

首先，將碳纖維或碳纖維織物制成坯體，根據(jù)原料形式不同分為:長纖維纏繞法;碳?xì)侄汤w維模壓或噴射成型;石墨布疊層。目前，其坯體研制以三向織物為主，三向織物以X、Y、Z方向互成90o正交排列，各方向的碳纖維在織物中保持準(zhǔn)直，因此能較好的發(fā)揮纖維的力學(xué)性能。

其次，制作復(fù)合材料的基體。碳-碳復(fù)合材料的基體有樹脂碳和熱解碳兩種，樹脂碳是由合成樹脂或?yàn)r青經(jīng)碳化和石墨化獲得，熱解碳是由烴類氣體的氣相沉積獲得。

最后，把坯體與基體復(fù)合成型。

方法有兩種

一、把來源于煤油和石油的熔融的瀝青在加熱加壓的條件下浸漬到碳纖維坯體的結(jié)構(gòu)縫隙中，然后使其熱解，再反復(fù)浸漬-熱解直到復(fù)合材料達(dá)到要求密度。

二、通過氣相化學(xué)沉積法在熱的基質(zhì)材料上形成高強(qiáng)度熱解石墨。

目前，碳-碳復(fù)合材料的發(fā)展立足于新工藝、新設(shè)備的研制與發(fā)展，努力降低生產(chǎn)成本，而且努力的想辦法克服自身的缺點(diǎn)。如:碳-碳復(fù)合材料的抗氧化的性能差，目前改善的方法有:浸漬樹脂時(shí)加入抗氧化劑;氣相沉碳時(shí)加入其它抗氧化元素等等。碳-碳復(fù)合材料還有其它固有的缺點(diǎn)，如在加工方面制造加工的周期太長、可塑性太差、成本太高，這些不足之處在以后的發(fā)展中將會(huì)得到解決。