碳(tan)/碳復(fu)合(he)材料(liao)的應用(yong)

壹、在醫學上的應(ying)用(yong)

C/C復(fu)合(he)材料(liao)具有良好的(de)生物相(xiang)容(rong)性，在醫學上可用(yong)作類骨插入(ru)物，人(ren)工心臟(zang)瓣膜(mo)體(ti)的(de)彈(dan)性模(mo)量和(he)密(mi)度(du)可(ke)設(she)計(ji)成(cheng)與人(ren)骨相(xiang)近(jin)，強度(du)高(gao)，可(ke)用(yong)作人(ren)工骨。

二、碳/碳(tan)復(fu)合(he)材料(liao)的研究(jiu)方(fang)向和(he)不足(zu)。

C /C復(fu)合(he)材料(liao)有壹個致(zhi)命(ming)的(de)弱點(dian)，就是在高(gao)溫(wen)氧(yang)化(hua)氣氛中(zhong)容(rong)易氧化(hua)。C/C復(fu)合(he)材料(liao)抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)技(ji)術取(qu)得(de)了(le)很(hen)大進(jin)展(zhan)，1 650℃以下(xia)的(de)抗氧(yang)化(hua)問(wen)題已(yi)基(ji)本解決。但仍有許(xu)多未解決(jue)的(de)問(wen)題，成(cheng)為(wei)各國研究(jiu)的(de)重(zhong)點(dian)和(he)焦點(dian)。

(1)測(ce)試條(tiao)件和(he)測試技(ji)術。C/ C復(fu)合(he)材料(liao)多用(yong)於(yu)熱(re)結(jie)構(gou)件，實際應用(yong)環境極(ji)其(qi)惡(e)劣(lie)。因(yin)此，在測(ce)試抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)的(de)性能(neng)時，盡量模(mo)擬(ni)實際環境。目前壹般(ban)的(de)測試環境都(dou)是(shi)在靜(jing)態(tai)空(kong)氣(qi)中(zhong)，與實際環境相(xiang)差(cha)很大。因(yin)此，抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)實際，還需(xu)要(yao)進(jin)壹步完善(shan)試驗條(tiao)件和(he)技(ji)術。

(2)塗(tu)層(ceng)系(xi)統的(de)再利(li)用(yong)。1981年，具有(you)抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)的(de)C/ C復(fu)合(he)材料(liao)正式用(yong)於(yu)航天飛(fei)機(ji)的(de)頭錐帽和(he)機(ji)翼前緣(yuan)。為(wei)了(le)保證(zheng)航(hang)天飛(fei)機(ji)在惡(e)劣(lie)的空(kong)間環境中(zhong)安全運(yun)行(xing)，要(yao)求(qiu)抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)具(ju)有(you)良好的(de)穩定性。此外，為(wei)了(le)保證(zheng)航(hang)天飛(fei)機(ji)能(neng)夠多(duo)次成功(gong)起降，要(yao)求(qiu)抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)具(ju)有(you)良好的(de)重復(fu)使用(yong)性和(he)可重(zhong)復(fu)使用(yong)性以及高質(zhi)量可靠(kao)性。

(3)尋(xun)求(qiu)其他(ta)制(zhi)備(bei)工藝(yi)降低(di)成(cheng)本。C/ C復(fu)合(he)材料(liao)的制備(bei)成本已(yi)經很高了(le)。如(ru)果塗(tu)層(ceng)制(zhi)備(bei)工藝(yi)復(fu)雜，周期(qi)長(chang)，會(hui)增加(jia)整(zheng)個構(gou)件的(de)制(zhi)備(bei)成本，進壹步限制(zhi)C/ C復(fu)合(he)材料(liao)的廣(guang)泛(fan)應用(yong)。因(yin)此，尋(xun)找(zhao)更(geng)合適的(de)制(zhi)備(bei)工藝(yi)也是壹項非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)任(ren)務(wu)。  

(4)開(kai)發新(xin)的塗(tu)層(ceng)系(xi)統。目前很(hen)多(duo)研(yan)究(jiu)還(hai)處於(yu)實驗室階段，離(li)實際應用(yong)還有壹定距(ju)離(li)，比(bi)如(ru)TiC/ SiC/ ZrO2- MoSi2塗(tu)層(ceng)體(ti)系(xi)。

(5)高溫(wen)長(chang)壽(shou)命(ming)防(fang)氧化(hua)塗(tu)層(ceng)系(xi)統。發(fa)動機(ji)熱(re)部(bu)件用(yong)塗(tu)層(ceng)C/ C復(fu)合(he)材料(liao)要(yao)求(qiu)高(gao)溫(1 650℃ ~1 800℃)和(he)長(chang)壽(shou)命(ming)(300 h~ 500 h)。只(zhi)有采(cai)用(yong)新型塗(tu)層(ceng)制(zhi)備(bei)工藝(yi)制備(bei)的復(fu)合(he)梯度(du)塗(tu)層(ceng)才(cai)能(neng)滿(man)足(zu)這(zhe)壹要(yao)求(qiu)。另外，在1800℃以上的高(gao)溫(wen)下，長(chang)期(qi)沒(mei)有防(fang)氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)體(ti)系(xi)實際應用(yong)的報(bao)道(dao)。G. Savage提(ti)出(chu)了(le)1 800℃以上抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)體(ti)系(xi)的結(jie)構(gou)設計思(si)想:難(nan)熔氧化(hua)物/SiO2玻(bo)璃(li)/難(nan)熔氧化(hua)物/難(nan)熔碳化(hua)物。塗(tu)層(ceng)最(zui)外層為(wei)耐高(gao)溫氧化(hua)物，保持高(gao)溫(wen)穩定性和(he)耐腐(fu)蝕(shi)性；氧擴(kuo)散率(lv)低的(de)二氧化(hua)矽玻璃(li)層(ceng)作為(wei)氧侵(qin)入(ru)的(de)阻(zu)擋(dang)層，可(ke)以封(feng)閉外表(biao)面(mian)塗(tu)層(ceng)中(zhong)的裂紋(wen)。下(xia)層為(wei)耐高(gao)溫氧化(hua)層，可與最低(di)碳化(hua)物和(he)第(di)二外層SiO2發生化(hua)學和(he)物理(li)兼(jian)容(rong)，保持結(jie)合(he)性能(neng)；底(di)層(ceng)是(shi)碳(tan)化(hua)物層(ceng)，主(zhu)要(yao)保持與上壹層氧(yang)化(hua)物和(he)C/ C復(fu)合(he)材料(liao)的相(xiang)容(rong)性，防止碳(tan)的逸(yi)出(chu)。底(di)部(bu)碳化(hua)物的(de)候(hou)選(xuan)材料(liao)有TaC、ZrC、HfC和(he)TiC等。，所有這(zhe)些都(dou)具(ju)有(you)低碳(tan)擴(kuo)散率(lv)。另壹種塗(tu)層(ceng)系(xi)統是(shi)銠(lao)/銥/碳化(hua)物。Rh阻(zu)止氧擴(kuo)散的(de)能(neng)力很強(qiang)，但(dan)在高(gao)溫(wen)下(xia)容(rong)易與碳化(hua)物發(fa)生反應(ying)，所以必(bi)須(xu)用(yong)Ir作為(wei)隔離(li)層將其與碳化(hua)物內(nei)層隔開(kai)。在2 100℃以下(xia)，Ir是(shi)O2和(he)C擴(kuo)散的(de)有效(xiao)阻擋(dang)層。目前，用(yong)於(yu)1 800℃以上的C/ C復(fu)合(he)抗氧(yang)化(hua)塗(tu)層(ceng)體(ti)系(xi)的應(ying)用(yong)研究(jiu)正(zheng)在進(jin)行(xing)中(zhong)。

三、在航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)領(ling)域的應用(yong)

  火箭的(de)噴管(guan)是燃料(liao)燃燒(shao)產生(sheng)的(de)熱(re)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)動能(neng)所必需(xu)的(de)關鍵部(bu)件。噴嘴(zui)的(de)材料(liao)必須能(neng)經受以下(xia)試驗:2 000 ℃~ 3 500℃的(de)高溫(wen)；熱(re)表(biao)面(mian)超(chao)高(gao)速(su)加(jia)熱(re)引(yin)起的熱(re)沖(chong)擊；高(gao)熱(re)梯度(du)引(yin)起的熱(re)應(ying)力；高壓(ya)；長(chang)期(qi)暴(bao)露在高(gao)速(su)腐(fu)蝕(shi)性氣體(ti)中(zhong)等。對(dui)比(bi)C /C復(fu)合(he)材料(liao)的性能(neng)特點，可以看(kan)出(chu)C /C復(fu)合(he)材料(liao)是制造固(gu)體(ti)火(huo)箭(jian)發(fa)動機(ji)噴管(guan)的理(li)想抗燒(shao)蝕(shi)耐熱(re)材料(liao)。

四(si)、在汽(qi)車工(gong)業(ye)中(zhong)的應用(yong)

汽(qi)車的(de)質(zhi)量與油耗(hao)密(mi)切相(xiang)關(guan)。由(you)碳(tan)/碳復(fu)合(he)材料(liao)制成的各(ge)種汽(qi)車部(bu)件可(ke)以大(da)大(da)減(jian)輕(qing)汽(qi)車的(de)重(zhong)量。碳/碳復(fu)合(he)材料(liao)不能(neng)廣(guang)泛(fan)應用(yong)於(yu)汽(qi)車工(gong)業(ye)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)是成(cheng)本太(tai)高。隨(sui)著(zhe)生產碳(tan)/碳(tan)復(fu)合(he)材料(liao)的技(ji)術革新和(he)產量的擴(kuo)大，其(qi)價格(ge)必然下降，將成為(wei)汽(qi)車工(gong)業(ye)的(de)新(xin)材料(liao)。