壹(yi)文(wen)詳解(jie)SGL Carbon碳(tan)/碳(tan)復(fu)合材料的(de)加(jia)工、特(te)性及高端(duan)應用(yong)（二(er)）：優(you)異(yi)力(li)學(xue)性能

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德國SGL Carbon公(gong)司(si)（西(xi)格(ge)裏(li)碳素）是(shi)全球(qiu)領先(xian)的(de)碳(tan)素(su)石(shi)墨(mo)材料以(yi)及相關(guan)產(chan)品的(de)制(zhi)造(zao)商之壹(yi)。西格(ge)裏(li)集團(tuan)涵(han)蓋了(le)從原(yuan)絲到碳(tan)纖維、織物(wu)和(he)預(yu)浸(jin)料、再到CFRP部(bu)件成(cheng)品在內的(de)完(wan)整業務鏈。



本文(wen)簡要(yao)介(jie)紹(shao)SGL Carbon公(gong)司(si)碳(tan)/碳復(fu)合材(cai)料的(de)力(li)學(xue)性能。


附(fu)：本公(gong)眾(zhong)號(hao)SGL公(gong)司(si)的(de)原(yuan)創(chuang)類文(wen)章(zhang)
《壹文(wen)帶妳(ni)了解(jie)西(xi)格(ge)裏(li)公(gong)司(si)碳(tan)纖維》
《詳解(jie)西(xi)格(ge)裏(li)產業1：公(gong)司(si)發(fa)展策(ce)略》
《詳解(jie)西(xi)格(ge)裏(li)產業2：汽車(che)用(yong)碳纖維》
《詳解(jie)西(xi)格(ge)裏(li)產業3：空(kong)天(tian)用(yong)碳纖維》
《西格(ge)裏(li)碳素：專(zhuan)註復(fu)材應用(yong)技術》
《最(zui)新(xin)版(ban)碳纖維產品及典(dian)型(xing)應用(yong)》
《SGL碳碳(tan)復合(he)材料：制(zhi)備流(liu)程(cheng)》
《SGL發展(zhan)歷程(cheng)及主要業務》
《碳(tan)/碳(tan)復(fu)合(he)材料應用(yong)實(shi)例》

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德(de)國SGL Carbon公(gong)司(si)（西(xi)格(ge)裏(li)碳素）是(shi)全球(qiu)領先(xian)的(de)碳(tan)素(su)石(shi)墨(mo)材料以(yi)及相關(guan)產(chan)品的(de)制(zhi)造(zao)商之壹(yi)。此次(ci)系(xi)列文章(zhang)將會(hui)詳細(xi)介紹該(gai)公(gong)司(si)SIGRABOND型(xing)碳碳(tan)復合(he)材(cai)料的(de)加(jia)工流(liu)程(cheng)、優(you)異(yi)特(te)性、高技術領(ling)域(yu)應用(yong)以(yi)及典(dian)型(xing)結構件設計與(yu)加(jia)工。



SIGRABOND型碳/碳復(fu)合材(cai)料的(de)優(you)異(yi)特(te)性涉及內(nei)容較(jiao)多(duo)，涵(han)蓋熱性能、機(ji)械性能、耐溫波動性、耐化學性等(deng)性能，本文將首先(xian)介(jie)紹復合(he)材料的(de)力(li)學(xue)性能。



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由(you)於C/C復(fu)合(he)材(cai)料範圍非常廣泛，因此(ci)下表1中僅(jin)列舉了(le)幾種(zhong)用(yong)於最(zui)重要領(ling)域(yu)產(chan)品的(de)材(cai)料性能，其中包(bao)括(kuo)了特(te)殊機(ji)械特(te)性、表面(mian)特(te)性或穩定(ding)性。這些復合(he)材料都(dou)可以(yi)在大多數(shu)高溫領域(yu)應用(yong)，並且(qie)是(shi)經(jing)過2000°C高溫處理(li)制(zhi)備得到。



表(biao)1 經(jing)石墨(mo)化SIGRABOND型C/C復(fu)合(he)材料的(de)典(dian)型(xing)力(li)學(xue)性能指標(biao)
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圖1顯示(shi)了1601G牌(pai)號(hao)的(de)SIGRABOND復(fu)合(he)材(cai)料產品的(de)性能隨浸(jin)漬和(he)再加(jia)工操作次(ci)數的(de)變(bian)化。壹般(ban)情(qing)況下，材料性能會(hui)隨著(zhe)致密化（浸漬和(he)熱烘(hong)）數(shu)量增(zeng)加(jia)而改善(shan)，即(ji)：層間(jian)剪(jian)切強度(du)、彎曲(qu)和(he)拉伸強度(du)、體積密度(du)、孔隙(xi)體積和楊(yang)氏(shi)模量等(deng)性能均會(hui)隨著(zhe)熱處理(li)的(de)次(ci)數增(zeng)加(jia)而提升(sheng)。該(gai)性能提升(sheng)還(hai)擴展到許(xu)多(duo)其他(ta)性能，包括(kuo)導電性和導熱性、抗(kang)壓強度(du)和(he)耐交(jiao)變載(zai)荷。但(dan)是(shi)，隨著(zhe)致密化次(ci)數的(de)增(zeng)加(jia)會(hui)推(tui)高生(sheng)產成(cheng)本。



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圖(tu)1 當熱處理(li)次(ci)數由1次(ci)提高到3次(ci)時，所(suo)有(you)性能均獲得(de)提升(sheng)


在經(jing)歷載(zai)荷時，由(you)纖維復合(he)材(cai)料制(zhi)成(cheng)的(de)部(bu)件不(bu)會(hui)突(tu)然斷(duan)裂(lie)，但(dan)當這(zhe)些部(bu)件收(shou)到超(chao)過蠕(ru)變(bian)極(ji)限(xian)的(de)應力(li)時，它(ta)們也(ye)不會(hui)表(biao)現(xian)出金(jin)屬(shu)的(de)塑(su)性行為。施加(jia)在C/C復合材(cai)料上(shang)的(de)應力(li)最初只會(hui)導致少(shao)數纖維股斷(duan)裂(lie)，只有(you)在反復拉伸後才(cai)會(hui)發(fa)生(sheng)進(jin)壹步(bu)的(de)斷(duan)裂(lie)。這種(zhong)類型(xing)的(de)斷(duan)裂(lie)稱為準塑(su)性斷(duan)裂(lie)。圖2顯(xian)示(shi)了(le)1501 G牌(pai)號(hao)SIGRABOND型C/C復合材(cai)料的(de)典(dian)型(xing)應力(li)-應變(bian)圖，最(zui)大允許(xu)載(zai)荷是(shi)在大約0.3%的(de)延(yan)伸率(lv)下實(shi)現(xian)的(de)，而材料的(de)斷(duan)裂(lie)伸長率(lv)在0.7%和1.0%之間(jian)。




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圖(tu)2 碳/碳(tan)復合(he)材(cai)料應力(li)應變(bian)曲(qu)線(xian)



與(yu)所(suo)有(you)其他(ta)陶(tao)瓷或金(jin)屬(shu)高溫材料不同，碳纖維材料的(de)強(qiang)度(du)隨著(zhe)溫度的(de)升(sheng)高而增(zeng)加(jia)。在高溫下，材料基(ji)本(ben)處於無(wu)應力(li)狀(zhuang)態(tai)。當材(cai)料冷(leng)卻(que)時(shi)，內(nei)部(bu)應力(li)不斷(duan)增(zeng)加(jia)，這(zhe)是(shi)外部(bu)施加(jia)的(de)任何(he)應力(li)的(de)補(bu)充。這(zhe)會(hui)導致室溫下強度(du)較(jiao)低(di)，但(dan)在1000°C或2000°C下強度(du)較(jiao)高（表2）。



表(biao)2 碳(tan)/碳復合材料高溫環境(jing)下性能變化
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SIGRABOND型(xing)C/C復合材(cai)料的(de)壹(yi)個(ge)典型(xing)優(you)異(yi)特(te)性是(shi)其在高工作溫度下的(de)動態(tai)強度(du)。圖(tu)3顯(xian)示了1501 G牌(pai)號(hao)C/C復合材料在10⁶至10⁷次(ci)荷載(zai)變化後，復(fu)合(he)材料的(de)初始強(qiang)度(du)僅下降了(le)約5%。



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圖3 1501 G牌(pai)號(hao)C/C復合材料在交變載(zai)荷下的(de)耐(nai)疲(pi)勞性




碳/碳復合(he)材(cai)料是(shi)新(xin)材(cai)料領域(yu)重點(dian)研究(jiu)和(he)開發的(de)壹(yi)類戰(zhan)略性高技術材(cai)料。近年來(lai)，國(guo)防(fang)科技的(de)快速發(fa)展對(dui)低(di)燒蝕抗(kang)氧化碳/碳(tan)復(fu)合材料提出(chu)了(le)耐更高溫度、更高速度(du)和(he)更長(chang)時(shi)間的(de)極(ji)端(duan)要求。基(ji)於上(shang)述(shu)背景，Carbontech碳(tan)纖維及碳(tan)/碳(tan)復合(he)材(cai)料論壇(tan)將於11月(yue)18-20日在上(shang)海(hai)跨(kua)國采購(gou)會(hui)展(zhan)中心(xin)舉(ju)行，具(ju)體內容詳見(jian)鏈接(jie)。