C/ C復合(he)材(cai)料是(shi)壹種(zhong)新型(xing)的超(chao)高(gao)溫(wen)熱(re)結構材料，主(zhu)要(yao)在新材(cai)料領(ling)域進行(xing)研(yan)究和(he)開發(fa)。它(ta)密(mi)度低、比(bi)強(qiang)度(du)高、線膨脹(zhang)系數(shu)低(僅為金(jin)屬的1/ 5~ 1/ 10)、熱(re)導(dao)率高、耐(nai)燒蝕、耐(nai)磨(mo)性好。特(te)別是(shi)C/ C復合(he)材(cai)料的強(qiang)度(du)在1 000℃~ 2 300℃範圍(wei)內隨(sui)著(zhe)溫度(du)的(de)升(sheng)高而(er)增(zeng)加(jia)，是(shi)航空(kong)航天等工業(ye)領(ling)域的(de)理想(xiang)高(gao)溫(wen)材(cai)料[1~ 7]。
    C/ C復合(he)材(cai)料是(shi)壹種(zhong)耐(nai)高(gao)溫性能優(you)異(yi)的(de)結(jie)構(gou)與功(gong)能壹(yi)體化的工(gong)程(cheng)材(cai)料(liao)。與其他(ta)高性能復合(he)材(cai)料壹樣，是(shi)由纖(xian)維(wei)增(zeng)強(qiang)相和(he)基體相組(zu)成的(de)復合(he)結(jie)構，但不同的(de)是(shi)增(zeng)強(qiang)相和(he)基體相都(dou)是(shi)由具(ju)有(you)特(te)殊(shu)性(xing)能的(de)純(chun)碳(tan)組(zu)成[8.9]
關(guan)鍵詞(ci):C/C復合(he)材(cai)料發(fa)展(zhan)高(gao)性(xing)能成(cheng)型(xing)、加工(gong)、化學(xue)沈(chen)積、航(hang)空(kong)航天和(he)易(yi)氧(yang)化
1.碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料的發(fa)展(zhan)
    C/C復合(he)材(cai)料的首次出(chu)現是(shi)1958年在(zai)Chance Vought航空(kong)公司(si)的實(shi)驗室(shi)偶(ou)然獲得的。當測(ce)量有(you)機(ji)基質(zhi)復合(he)材(cai)料中C纖維的(de)含量時(shi)，有機(ji)基質(zhi)沒(mei)有被氧化，而(er)是(shi)被熱解(jie)，從而(er)獲得C基質(zhi)。結(jie)果發(fa)現復合(he)材(cai)料具有結構(gou)特(te)征(zheng)，於(yu)是(shi)C/C復合(he)材(cai)料誕生(sheng)了(le)。
    C/C復合(he)材(cai)料技術在(zai)前十(shi)幾年發(fa)展(zhan)非常(chang)緩(huan)慢(man)，直到(dao)60年代(dai)末才成(cheng)為(wei)工程材(cai)料的(de)新成(cheng)員(yuan)。自20世(shi)紀(ji)70年代(dai)以來(lai)，它(ta)在美(mei)國和(he)歐(ou)洲取(qu)得(de)了(le)很大(da)進展，隨(sui)著(zhe)C纖維(wei)多(duo)向(xiang)編(bian)織(zhi)技術、高(gao)壓(ya)液(ye)體浸(jin)漬(zi)技術和(he)化學(xue)氣(qi)相浸(jin)漬(zi)(CVI)的引(yin)入(ru)，有(you)效地(di)獲得了(le)高(gao)密(mi)度C/C復合(he)材(cai)料，為其制造(zao)、批量生(sheng)產(chan)和(he)應用(yong)開(kai)辟了(le)廣(guang)闊(kuo)的(de)前景。20世(shi)紀(ji)80年代(dai)以來(lai)，C/C復合(he)材(cai)料的研(yan)究非常(chang)活(huo)躍，前蘇聯(lian)、日(ri)本(ben)等國也(ye)進入了(le)這(zhe)壹前沿領(ling)域，在(zai)提高(gao)性(xing)能、快(kuai)速致密(mi)化工藝(yi)研(yan)究和(he)拓(tuo)展(zhan)應用(yong)方面取(qu)得(de)了(le)很大(da)進展。

1.塗層系統的(de)再利(li)用(yong)。1981年，具有(you)抗(kang)氧化塗層的(de)C/ C復合(he)材(cai)料正式(shi)用於(yu)航(hang)天飛(fei)機(ji)的頭錐帽(mao)和(he)機(ji)翼(yi)前緣。為了(le)保(bao)證航(hang)天飛(fei)機(ji)在惡(e)劣(lie)的空(kong)間(jian)環境中安(an)全(quan)運行(xing)，要(yao)求(qiu)抗(kang)氧化塗層具(ju)有(you)良(liang)好的穩(wen)定(ding)性。此(ci)外，為(wei)了(le)保(bao)證航(hang)天飛(fei)機(ji)能夠(gou)多次(ci)成(cheng)功(gong)起降，要(yao)求(qiu)抗(kang)氧化塗層具(ju)有(you)良(liang)好的重復使(shi)用(yong)性和(he)可(ke)重復使(shi)用(yong)性以及(ji)高(gao)質(zhi)量可(ke)靠(kao)性。

2.尋(xun)求(qiu)其他(ta)制備工藝(yi)降低成本(ben)。C/ C復合(he)材(cai)料的制備成本已經很高(gao)了(le)。如(ru)果塗層制備工藝(yi)復雜，周(zhou)期(qi)長，會(hui)增(zeng)加(jia)整(zheng)個構(gou)件的制備成本，進壹步(bu)限(xian)制C/ C復合(he)材(cai)料的廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。因此(ci)，尋(xun)找更合適(shi)的(de)制備工藝(yi)也(ye)是(shi)壹項(xiang)非常(chang)重要(yao)的任(ren)務。  

3.開(kai)發(fa)新的(de)塗層系統。目(mu)前很多(duo)研(yan)究還處於(yu)實(shi)驗室(shi)階(jie)段(duan)，離實際(ji)應用(yong)還有壹定(ding)距離，比(bi)如(ru)TiC/ SiC/ ZrO2- MoSi2塗層體系。

4.高(gao)溫(wen)長壽(shou)命防(fang)氧(yang)化塗層系統。發(fa)動(dong)機(ji)熱部(bu)件(jian)對(dui)塗層C/ C復合(he)材(cai)料的要(yao)求(qiu)是(shi)高溫(wen)(1 650℃ ~1 800℃)和(he)長壽(shou)命(300 h~ 500 h) [15]。只(zhi)有采用新型(xing)塗層制備工藝(yi)制備的復合(he)梯(ti)度塗層才(cai)能滿足(zu)這壹(yi)要(yao)求(qiu)。此(ci)外，長期(qi)以來(lai)，在(zai)1 800℃以上(shang)的(de)高溫下(xia)，防(fang)氧(yang)化塗層體系的(de)實(shi)際(ji)應用(yong)未見報(bao)道。G. Savage提出(chu)了(le)1 800℃以上(shang)抗(kang)氧化塗層體系的(de)結(jie)構設計思想(xiang):難(nan)熔氧化物/SiO2玻璃(li)/難熔氧化物/難(nan)熔碳(tan)化物。塗層最(zui)外層為(wei)耐(nai)高(gao)溫氧化物，保(bao)持高溫(wen)穩定(ding)性和(he)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)；氧擴(kuo)散率(lv)低的二(er)氧(yang)化矽(gui)玻璃(li)層作(zuo)為(wei)氧侵入的阻擋層，可(ke)以封(feng)閉(bi)外表(biao)面塗層中(zhong)的(de)裂(lie)紋(wen)。下(xia)層為(wei)耐(nai)高(gao)溫氧化層，可(ke)與最(zui)低碳(tan)化物和(he)第二(er)外層SiO2發(fa)生(sheng)化學(xue)和(he)物理兼容，保(bao)持結合(he)性能；底(di)層是(shi)碳(tan)化物層，主(zhu)要(yao)保(bao)持與上(shang)壹層氧(yang)化物和(he)C/ C復合(he)材(cai)料的相容(rong)性(xing)，防(fang)止(zhi)碳(tan)的逸(yi)出。底(di)部(bu)碳(tan)化物的(de)候(hou)選材料(liao)有(you)TaC、ZrC、HfC和(he)TiC等。，所(suo)有這(zhe)些都(dou)具(ju)有低碳(tan)擴(kuo)散率(lv)。另壹種(zhong)塗層系統是(shi)銠/銥(yi)/碳(tan)化物[16]。Rh阻止氧(yang)擴(kuo)散的(de)能力很強(qiang)，但(dan)在高溫下(xia)容(rong)易(yi)與碳(tan)化物發(fa)生(sheng)反應(ying)，所(suo)以必須用(yong)Ir作為(wei)隔離層將(jiang)其與碳(tan)化物內層隔(ge)開(kai)。在2 100℃以下(xia)，Ir是(shi)O2和(he)C擴(kuo)散的(de)有效阻擋層。目(mu)前，用於(yu)1 800℃以上(shang)的(de)C/ C復合(he)抗(kang)氧化塗層體系的(de)應(ying)用研(yan)究正在(zai)進行(xing)中(zhong)。

5.測(ce)試(shi)條件(jian)和(he)測試(shi)技術。C/ C復合(he)材(cai)料多用於(yu)熱(re)結(jie)構(gou)件，實際(ji)應用(yong)環境極其惡(e)劣。因此(ci)，在(zai)測試抗(kang)氧化塗層的(de)性(xing)能時(shi)，盡(jin)量模(mo)擬實(shi)際(ji)環境。目前壹般的測(ce)試環境都是(shi)在靜態(tai)空(kong)氣(qi)中，與實(shi)際(ji)環境相差(cha)很大(da)。因此(ci)，如(ru)果要(yao)將(jiang)抗(kang)氧化塗層應(ying)用(yong)於(yu)實(shi)際(ji)，有必要(yao)進壹步(bu)改(gai)進試驗條件(jian)和(he)試驗技術。

7.碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料的特(te)性(xing)
   C/ C復合(he)材(cai)料具有低密(mi)度、高(gao)強(qiang)度(du)、高比(bi)模(mo)量、低燃速(su)、高抗(kang)熱震(zhen)性(xing)、低熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)、零濕膨脹(zhang)、不放(fang)氣(qi)、強(qiang)度(du)和(he)模(mo)量在(zai)2 000℃內隨(sui)溫度(du)升高而(er)增(zeng)加(jia)、良(liang)好的抗(kang)疲勞(lao)性能、優(you)異(yi)的(de)摩擦(ca)磨(mo)損(sun)性(xing)能和(he)生(sheng)物相容(rong)性(xing)(組(zu)織(zhi)成分和(he)力學(xue)性能相容(rong))、對(dui)宇(yu)宙(zhou)輻(fu)射不(bu)敏(min)感以及(ji)在(zai)核(he)輻(fu)射下(xia)強(qiang)度(du)增(zeng)加(jia)等性能[10]。特(te)別是(shi)C /C復合(he)材(cai)料的強(qiang)度(du)隨著(zhe)溫度(du)的(de)升(sheng)高不降(jiang)反升(sheng)，使(shi)其作(zuo)為高性(xing)能發(fa)動(dong)機(ji)熱端(duan)部(bu)件(jian)並(bing)用於(yu)高(gao)超(chao)音(yin)速飛(fei)行(xing)器(qi)的(de)熱(re)防(fang)護系統具(ju)有無(wu)可(ke)比(bi)擬的(de)優勢(shi)[12]。
8.在(zai)航(hang)天領(ling)域的(de)應用(yong)
    火箭的(de)噴管(guan)是(shi)燃料(liao)燃燒產生(sheng)的(de)熱(re)能轉(zhuan)化為動(dong)能所(suo)必需的(de)關鍵(jian)部(bu)件(jian)。噴嘴的材(cai)料(liao)必須能經受以下(xia)試(shi)驗:2 000 ℃~ 3 500℃的高(gao)溫；熱(re)表(biao)面超(chao)高(gao)速(su)加(jia)熱引(yin)起的熱(re)沖(chong)擊(ji)；高(gao)熱梯度引(yin)起的熱(re)應(ying)力；高壓；長期(qi)暴露在高速腐蝕(shi)性(xing)氣(qi)體中等。對比(bi)C /C復合(he)材(cai)料的性能特(te)點(dian)，可(ke)以看(kan)出(chu)C /C復合(he)材(cai)料是(shi)制造(zao)固(gu)體火箭發(fa)動(dong)機(ji)噴管(guan)的理想(xiang)抗(kang)燒蝕耐(nai)熱(re)材料。
9.在汽車(che)工(gong)業(ye)中(zhong)的(de)應(ying)用
   汽車(che)的(de)質(zhi)量與油耗密(mi)切(qie)相關(guan)。由碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料制成的各(ge)種(zhong)汽車(che)部(bu)件(jian)可(ke)以大(da)大(da)減輕汽車(che)的(de)重量。
    碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料不能廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)汽車(che)工(gong)業(ye)的(de)主(zhu)要(yao)原因是(shi)成本(ben)太(tai)高(gao)。隨著(zhe)生(sheng)產(chan)碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料的技術革新和(he)產量的(de)擴(kuo)大(da)，其價(jia)格(ge)必然下(xia)降(jiang)，將(jiang)成(cheng)為(wei)汽車(che)工(gong)業(ye)的(de)新材(cai)料。
10.在(zai)醫學(xue)上的應用(yong)
   C/C復合(he)材(cai)料具有良(liang)好的生(sheng)物相容(rong)性(xing)，在(zai)醫(yi)學(xue)上可(ke)用作(zuo)類骨(gu)插(cha)入物，人(ren)工心(xin)臟(zang)瓣(ban)膜(mo)體的彈(dan)性模(mo)量和(he)密(mi)度可(ke)設計成與人(ren)骨相近(jin)，強(qiang)度(du)高，可(ke)用作(zuo)人工(gong)骨。
11.碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料的研(yan)究方向(xiang)和(he)不足(zu)。
   C /C復合(he)材(cai)料有壹個致命的弱(ruo)點(dian)，就(jiu)是(shi)在高(gao)溫氧化氣(qi)氛中容易(yi)氧(yang)化。C/ C復合(he)材(cai)料抗(kang)氧化塗層技術取(qu)得(de)了(le)很大(da)進展，1 650℃以下(xia)的(de)抗(kang)氧化問題已基本解(jie)決。但仍(reng)有(you)許(xu)多(duo)未解決的問(wen)題，成為(wei)各(ge)國研(yan)究的重點(dian)和(he)焦點(dian)。