碳碳(tan)復(fu)合材料(liao)詳解(jie)

碳碳(tan)復(fu)合材料(liao)詳解(jie)（1）
　　C／C復(fu)合材料(liao)

　　C／C復(fu)合材料(liao)是指以(yi)碳纖維(wei)作為(wei)增(zeng)強體，以碳作為(wei)基(ji)體的壹(yi)類(lei)復(fu)合材料(liao)。作為(wei)增(zeng)強體的碳纖維(wei)可(ke)用多(duo)種形式和(he)種類(lei)，既(ji)可以(yi)用短(duan)切纖維(wei)，也(ye)可(ke)以(yi)用連(lian)續(xu)長纖維(wei)及(ji)編(bian)織物(wu)。各種類(lei)型的(de)碳纖維(wei)都(dou)可(ke)用於(yu)C／C復(fu)合材料(liao)的增(zeng)強體。碳基體可(ke)以是通過(guo)化學(xue)氣(qi)相沈(chen)積制備(bei)的熱(re)解碳(tan)，也(ye)可(ke)以是高(gao)分(fen)子材料(liao)熱解(jie)形成(cheng)的固體碳。C／C復(fu)合材料(liao)作為(wei)碳(tan)纖維(wei)復(fu)合材料(liao)家(jia)族的(de)壹個(ge)重(zhong)要(yao)成員(yuan)，具(ju)有(you)密(mi)度低、高(gao)比(bi)強度比模量、高(gao)熱(re)傳導(dao)性(xing)、低熱膨脹系(xi)數(shu)、斷(duan)裂(lie)韌(ren)性(xing)好(hao)、耐(nai)磨(mo)、耐(nai)燒蝕等特點(dian)，尤其是其強度隨著溫(wen)度(du)的(de)升高(gao)，不(bu)僅(jin)不會(hui)降(jiang)低反而(er)還(hai)可(ke)能(neng)升高(gao)，它(ta)是所有(you)已(yi)知材料(liao)中耐(nai)高(gao)溫(wen)性(xing)最好(hao)的(de)材料(liao)。因而(er)它(ta)廣(guang)泛地應用於(yu)航(hang)天、航(hang)空、核(he)能(neng)、化工(gong)、醫用等(deng)各個(ge)領(ling)域(yu)。

　　C／C復(fu)合材料(liao)的制(zhi)備(bei)工(gong)藝(yi)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)種方(fang)法：化學(xue)氣(qi)相法(CVD或(huo)CVl)和(he)液相浸漬(zi)壹碳化(hua)法。前者(zhe)是以有(you)機(ji)低分子(zi)氣(qi)體為(wei)前(qian)驅體，後(hou)者(zhe)是以熱(re)塑性(xing)樹脂(zhi)(石(shi)油(you)瀝青、煤(mei)瀝(li)青、中間(jian)相瀝(li)青)或(huo)熱(re)固性(xing)樹脂(zhi)(呋(fu)喃、糠醛(quan)、酚醛(quan)樹(shu)脂(zhi))為(wei)基(ji)體前驅(qu)體(ti)，這些(xie)原料在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)發(fa)生(sheng)壹(yi)系(xi)列復(fu)雜(za)化(hua)學(xue)變(bian)化而(er)轉(zhuan)化(hua)為(wei)基(ji)體碳。為(wei)了(le)得(de)到(dao)更好(hao)的(de)致密化效果，通(tong)常(chang)將(jiang)化(hua)學(xue)氣(qi)相法和(he)液相浸漬(zi)壹碳化(hua)法進行(xing)復(fu)合致密化，得(de)到(dao)具有(you)理想密(mi)度的C／C復(fu)合材料(liao)。

　　1、化學(xue)氣(qi)相法

　　化學(xue)氣(qi)相法(cVD或(huo)cVI)是直接(jie)在坯體孔(kong)內沈(chen)積碳，以(yi)達到(dao)填(tian)孔和(he)增(zeng)密(mi)的(de)目的。沈(chen)碳易石墨(mo)化，且與(yu)纖維(wei)之(zhi)間(jian)的物(wu)理兼容(rong)性(xing)好(hao)，而(er)且不會像(xiang)浸漬(zi)法那樣在再(zai)碳化(hua)時(shi)產生(sheng)收(shou)縮(suo)，而(er)這(zhe)種方(fang)法的物(wu)理機械(xie)陛(bi)能(neng)比(bi)較好(hao)。但(dan)在(zai)cVD過(guo)程中，如(ru)果(guo)碳在坯體表面(mian)沈(chen)積就會(hui)阻(zu)止氣(qi)體向(xiang)內部孔的擴(kuo)散(san)。對於(yu)表面(mian)沈(chen)積的碳(tan)應用機(ji)械(xie)的(de)方(fang)法除(chu)去，再進行(xing)新(xin)壹輪沈(chen)積。對於(yu)厚制(zhi)品，CVD法也存(cun)在(zai)著(zhe)壹定(ding)的困(kun)難，而(er)且這種方(fang)法的周(zhou)期(qi)也很(hen)長。

　　2、液相浸漬(zi)法壹碳(tan)化(hua)法

　　液相浸漬(zi)法相對(dui)而(er)言(yan)設備(bei)比較簡單(dan)，而(er)且這種方(fang)法適用性(xing)也比(bi)較廣泛，所(suo)以(yi)液相浸漬(zi)法是制備(bei)C／C復(fu)合材料(liao)的壹(yi)個重(zhong)要(yao)方(fang)法。它(ta)是將(jiang)碳(tan)纖維(wei)制(zhi)成(cheng)的(de)預成(cheng)型體(ti)浸入(ru)液態的浸漬(zi)劑中，通(tong)過(guo)加(jia)壓(ya)使浸(jin)漬(zi)劑充分滲入(ru)到(dao)預成(cheng)型體(ti)的空隙(xi)中，再(zai)通過(guo)固化、碳化、石(shi)墨(mo)化等壹(yi)系(xi)列過(guo)程的(de)循(xun)環(huan)，最(zui)終得(de)到(dao)C／C復(fu)合材料(liao)。它(ta)的(de)缺點(dian)是要(yao)經(jing)過(guo)反復(fu)多次(ci)浸漬(zi)、碳化的(de)循(xun)環(huan)才能達(da)到(dao)密度要(yao)求(qiu)。液相浸漬(zi)法中浸(jin)漬(zi)劑的組(zu)成和(he)結(jie)構十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，它(ta)不(bu)僅(jin)影響(xiang)致密化效率，而(er)且也影響(xiang)制品的(de)機(ji)械(xie)性(xing)能和(he)物(wu)理性(xing)能。提(ti)高(gao)浸(jin)漬(zi)劑碳化收(shou)率，降(jiang)低浸漬(zi)劑的黏度壹直是液相浸漬(zi)法制備(bei)C／C復(fu)合材料(liao)所要(yao)解決(jue)的重(zhong)點(dian)課題之(zhi)壹。浸(jin)漬(zi)劑的高(gao)黏度和(he)低碳化(hua)收率(lv)是目前C／C復(fu)合材料(liao)成本較高(gao)的(de)重(zhong)要(yao)原因(yin)之(zhi)壹。提(ti)高(gao)浸(jin)漬(zi)劑的性(xing)能不(bu)僅(jin)能提(ti)高(gao)C／C復(fu)合材料(liao)的生(sheng)產效率，降(jiang)低其成(cheng)本，也(ye)可提(ti)高(gao)C／C復(fu)合材料(liao)的各種性(xing)能。C／C復(fu)合材料(liao)的抗(kang)氧化處理碳纖維(wei)在(zai)空氣(qi)中，於(yu)360℃開始(shi)氧化，石(shi)墨(mo)纖維(wei)要(yao)略好(hao)於(yu)碳(tan)纖維(wei)，其開(kai)始(shi)氧化的(de)溫(wen)度(du)為(wei)420℃，C／C復(fu)合材料(liao)的氧化溫(wen)度(du)為(wei)450℃左(zuo)右。C／C復(fu)合材料(liao)在高(gao)溫(wen)氧化性(xing)氣(qi)氛下(xia)極易氧化，並(bing)且氧化速(su)率(lv)隨著溫(wen)度(du)的(de)升高(gao)迅(xun)速(su)增(zeng)大(da)，若無抗(kang)氧化措(cuo)施，在(zai)高(gao)溫(wen)氧化環(huan)境(jing)中長時間(jian)使用C／C復(fu)合材料(liao)必將(jiang)引(yin)起(qi)災難性(xing)後果(guo)。因(yin)此，C／C復(fu)合材料(liao)的抗(kang)氧化處理已成(cheng)為(wei)其制(zhi)備(bei)工(gong)藝(yi)中不(bu)可缺(que)少的(de)組(zu)成部分。從抗(kang)氧化技(ji)術(shu)的(de)途徑上(shang)看，可(ke)分(fen)為(wei)內部抗氧化技(ji)術(shu)和(he)抗(kang)氧化塗(tu)層(ceng)技術(shu)。

　　C／C復(fu)合材料(liao)的主(zhu)要(yao)兩大(da)應用領(ling)域(yu)C／C復(fu)合材料(liao)作為(wei)優(you)異的(de)熱(re)結(jie)構、功(gong)能(neng)壹體(ti)化工(gong)程材料(liao)，自1958年(nian)誕生(sheng)以來，在軍(jun)工(gong)方(fang)面(mian)得(de)到(dao)了(le)長足(zu)的(de)發(fa)展(zhan)，其中最(zui)重(zhong)要(yao)的用途是用於(yu)制造(zao)導(dao)彈(dan)的(de)彈(dan)頭部件(jian)。由(you)於(yu)其耐(nai)高(gao)溫(wen)、摩(mo)擦(ca)性(xing)好(hao)，目前已廣泛用於(yu)固體火箭(jian)發(fa)動(dong)機(ji)噴(pen)管(guan)、航(hang)天飛機結(jie)構部件(jian)、飛機及(ji)賽(sai)車的(de)剎車裝(zhuang)置(zhi)、熱元(yuan)件(jian)和(he)機(ji)械(xie)緊(jin)固件(jian)、熱(re)交換器、航(hang)空發(fa)動(dong)機(ji)的(de)熱(re)端部件(jian)等(deng)。