[精品]炭炭复合材料作业

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1、炭纤维增强炭复合材料炭纤维增强炭复合材料(carbonfibrere-inforcedcarboncomposites)是指用炭纤维来增强各种基质炭的材料，简称炭-炭复合材Mo1958年由美国钱斯、沃特公司发现，经空军材料实验室进一步试验鉴定予以肯定，曲于这种材料性能优越，无论弹头防热材料、固体火箭喷管、飞机刹车片以及航天飞机的锥帽及机翼而缘等都选用了这种材料。炭一炭复合材料以增强剂来分，有长纤维和短纤维两种，而长纤维乂可用各种不同骨架形式进行增强，如一向、二向、三向、四向、七向等各种编织物，短纤维有炭毡等。从制备工艺來分，有浸渍炭化工艺

2、、化学气相渗透(CVT)工艺和模压工艺3大类。浸渍工艺用的原材料有齐种热固性树脂和煤沥青等。树脂浸渍炭化制品的气密性较好，但虽经反复浸渍，材料密度却提高得很慢，炭化后形成难石墨化炭，工艺周期长。并在炭化过程中，树脂分解气体产物沿炭纤维表面逸出，破坏了纤维和基质炭之间的结合，导致力学性能降低。沥青浸渍炭化获得的是易石墨化炭，沥青的残炭率较高，炭化过程对纤维的损伤也较小，但若沥青不纯，容易混进一些杂质。用沥青浸渍炭化方法获得的复合材料，密度高(高压工艺密度可达1・9〜2.0g/cm3),可制得均匀致密的制品，冃密度分散性非常小，性能重现性好。

3、化学气相渗透的工艺是在高温下让各种气态碳氢化合物，如甲烷、内烷、乙烘、乙烯等分解生成的炭渗透到纤维之间的孔隙里去，渗透过程对纤维增强骨架没冇任何损坏作用，从而保证了材料结构的完整性与高的强度。热解沉积过程是热解炭围绕着纤维逐渐生长过程，沉积炭凝固时不收缩，因而界而结合良好。(见彩图插页第11页)由于渗透过程受气休扩散控制，因此采用该工艺很难制得完全致密的制品，产品中总会留下一些封闭气孔。这种工艺对于增强骨架结构的适应性较差，大的编织孔隙很难被热解炭填满，而过小的孔隙，如纤维束内，又很难被渗透，用化学气相渗透工艺，制得的炭一炭制品密度偏低，

4、仅能达到1・80〜1.85g/cm且密度梯度较大，对它最合适的增强体是炭毡和长丝缠绕。热解沉积炭在右墨化程度上介于沥青炭和树脂炭Z间。综上所述，无论采取哪种工艺方法，对纤维束内的渗透效率都是和当低的，其结果复合材料屮各个纤维的有效承载能力得不到最好的发挥(见化学气相渗透工艺)。炭-炭复合材料工艺见图lo性能炭-炭复合材料力学性能主耍取决于增强骨架，而物理性能和化学性能与基质密切相关。作为炭一炭复合材料的增强骨架不仅有长纤维和短纤维之分，而且还有各种编织结构，从一向到七向，最复杂的还有13向和2.5向编织以及极编等。由于增强骨架的不同，材

5、料性能差异十分明显。另外，炭一炭复合材料两个组分虽然都是炭，但它的性能变化范围却非常大，作为碳元素來说，它的结构可以从无定形碳一直变到石墨，无定形碳属于无序的乱层堆积的结构，面间距也比较大(>0.34nm)；而石墨是有序的，面间距0.335nm,层面碳原子六角网排列，共价键结合，键合能524kJ/mol,层面Z间为范德华力，键合能为7kJ/molo复合材料中两组分状态都可以从碳变到石墨，所以二者搭配起来组成复合材料之后性能变化就很复杂，绝不是一个简单的性能迭加。材料性能受微观结构的控制，通过改变工艺参数，选用各种不同的原材料就可制得不同的

6、微观结构，从而达到控制材料性能的n的。®I炭一炭复合材料工艺过程短纤维增强复合材料实际上纤维起不到多大的增强作用，然而它却能制造出大型结构件，短纤维复合材料的性能基本上是各向同性的，与层压板相比较，它显著地提高了层间结合强度，如果能将长纤维和短纤维结合起來使用，可增加纤维体积含量，其增强效果可能史佳，国外已发展出三向增强炭毡骨架。表3三向增强炭一炭复合材料性能曲于炭一炭复合材料结构复杂，到目前为止还没右一•套完整的性能数据，下面表1、2、3给出的是法国用化学气相渗透技术制得的炭一炭复合材料性能数据。性能方向数据密度/g・cm'1.6-1.

7、8弯曲强度/MPa50-100弯曲模量/GPa10-20拉伸强度/MPa35-55-拉伸模量/GPa17-22压编f强度/MPa80*100剪切强度/MPa25热导率（室温）/W・（m・K）7//10-20表1炭-炭复合材料AER0LDR3（短纤维增强）性能表2二向增强炭一炭复合材料性能性能方向AEROLOR21AEROLOR22AEROLOR23性能方向AEROIjOR31AEROLOR32AEROIDR33密度/£•1.6-1.81.6-1.81.6-1.8tf#/g*cm51.6-1.71.8-1.91・8〜1・9cm3拉伸強度/M

8、Pa〃断裂40〜7040-70100-150弯曲顒度XY>4080拉伸・丄斷裂<10<10<10z$80；>60140〃棋・20-3020-3023~4«弯曲摸*6XY13-50——驾曲强度/