较细的粉末表面积大，粉末间相互接触概率增大，容 易形成导热链；较粗的粉末其表面均一性不好，在粉 末相互接触形成导热链时，接触的粉末间空隙大，易 被残留空气吸附或被低热导率的基体填入，使材料的 热导率不高。粉末过细使接触点过多，增加了对热的 散射，从而降低了材料的热导率。
界面结合
Cu/环氧树脂复合材料热 导率与铜粉粒径的关系
填料含量的影响 AlN/聚乙烯复合材料
在填料含量较低时，其热导率基 本上保持不变
每个填料单体都被低热导率的基体材 料完全的包裹起来，使得填料的高热 导性能得不到充分展示，对复合材料 热导率的贡献很小。热导率由连续的 基体材料起主导作用。
AlN/PE热导率与体积百分含量的关系
当填料含量达到一定程度后，热导率开始显著上升
Cu/FeNi在100℃和300℃时的膨胀系数
二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）
在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、辐射等多种物理和化学 变化，借助材料的质量消耗带走大量热量，以达到阻止热流传入结构内 部的目的，用以防护工程结构在特殊气动热环境中免遭烧毁破坏，并保 持必需的气动外形，是航天飞行器、导弹等必不可少的关键材料。
晶须具有完善的结晶形态，浸润特性良好，与基体的结合状况最好，界面结 合较为稳定。在相同填料含量的情况下，与粉体和纤维相比，晶须具有较小 的比表面，相结合的界面较少。
可控膨胀系数复合材料
利用Cu、Al等金属（合金）的高导热性和Al2O3、SiC、AlN、FeNi等 材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低 膨胀性的复合材料。
C/Cu复合材料线膨胀 系数-温度曲线
Cu/FeNi复合材料热膨胀特性
Cu的膨胀系数远大于FeNi，因此Cu/FeNi膨胀系数随Cu含量的增加 而较快增加 在Cu含量相同时，膨胀系数则由FeNi合金的本身特点、FeNi颗粒与 Cu颗粒在复合材料中的分布状态以及FeNi与Cu的相互作用决定的。
在 Cu 含量不是很大的情况下，每 增加 1%Cu ，室温膨胀系数约增加 0.3×10-6/K. 由于 FeNi 与 Cu 相互扩散， FeNi 颗 粒越小， Cu扩散进入 FeNi颗粒所需 扩散的距离越小， FeNi颗粒中的 Cu 含量越多， FeNi(Cu) 的膨胀系数越 大。 FeNi 颗粒越小，比表面积越大， 越易接触而形成 FeNi网络，此时 Cu 被 FeNi 包围，其膨胀受到限制，而 使整个材料的膨胀系数变小。
3、热导率的计算模型： Maxwell-Eucken方程适用于填料含量较低的颗粒增强复合材料体系。 假设颗粒增强复合材料的第二相为球形，且均匀分布在基体中。
k2为颗粒的热导率，k1为基体的热导率，V为颗粒的体积百分数 如果k2远大于k1：
颗粒增强复合材料的热导率仅由基体的热导率和颗粒的体积分数 决定，而与颗粒的热导率无关。
在制备碳/碳复合材料中 在基体中预先包含有氧化 抑制剂。
碳/碳复合材料防氧化涂层要求
碳/碳复合材料的界面
碳纤维-CVD碳-沥青碳界面结构示意图
碳/碳复合材料的应用
一、热适应复合材料
通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之 具有适合要求的热导率或ห้องสมุดไป่ตู้膨胀系数的一种复合材料。
传统的树脂基复合材料热导率低，不能适应高集成度和高功率所产生 的高热量。 提高复合材料导热性能的主要措施是在复合材料基体中加入导热性好 的填料，如金属、陶瓷、石墨或高石墨化碳纤维。 热导率可由0.2升高到20W/(m· K)
FeNi粒度对材料膨胀系数的影响
随温度的升高，扩散增强，会使 FeNi 内 部 的 Cu 含 量 增 加 ， 同 时 FeNi 的 膨 胀 系 数 增 大 ， 因 此 Cu/FeNi 复合材料的总的膨胀系数 随温度上升而变大。 随着 Cu 含量增加， FeNi 中达到 一定 Cu 含量所需温度越低，而较 多含量的 Cu 会使 FeNi 膨胀系数增 加的速度变小，因此随 Cu 的含量 升高，材料总的膨胀系数随温度的 变化变缓。 随着温度升高， Cu/FeNi 复合材 料膨胀系数受FeNi的影响变大，即 更接近FeNi的膨胀系数，所以材料 低温膨胀系数实验值比高温膨胀系 数实验值更接近加和规律。
碳/碳复合材料的制备工艺 预成型体： 将碳纤维平面编织物预先浸渍高碳化 率的沥青等，然后搭层，固化获得预 成型体；或者是三维正交编织。 基体碳： 化学气相沉积（CVD）
液态浸渍碳化率高的高分子 物质的炭化
三维正交编织碳/碳复合材料预成型体
CVD工艺
抗氧化措施
高于370℃就会开始发生氧化。
在碳/碳复合材料表面进 行耐高温材料的涂层，起 到阻隔氧侵入的作用
当填料含量较高时：
G(f) 为填料在材料内部的分布函 数，与填料结构、含量、几何形 状及填充密度等因素相关。 并联模型：G(f)=1，即两相在热导率方向上完全连通。
串联模型：G(f)=0，即两相在热导率方向上相互隔离，完全不连通。
复合材料的实际热导率一般介于两者之间：
网络模型：
也可以表示为： c是网络系数，取决于基体材料中气孔的形状和分布等因素。 若k2远大于k1，则k≈cVk2。
碳纤维/铜复合材料
通过选择碳纤维含量、种类和取向，以及相应的制造工艺来调节碳纤 维/铜复合材料的线膨胀系数，使之和硅或氧化铝等相接触的线膨胀系 数相近，并且在加热和冷却条件下使他们具有相同的热膨胀率。
碳纤维 /铜复合材料的线膨胀系数随着碳增强体体积分数的增加而单 调下降，且随碳纤维的不同分布方式变化，大小顺序为：长纤维单 向（纵向）<涡卷状长纤维 <长纤维双向正交<无序短纤维 <长纤维单 向（横向）。
热适应复合材料
通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之 具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。
二、可控膨胀系数复合材料
1、线性膨胀系数
室温下，一些固体材料的线性膨胀系数
膨胀系数和摩尔热容成正比
两个邻近原子间势能随原子间距的变化
2、可控膨胀系数复合材料
利用Cu、Al等金属（合金）的高导热性和Al2O3、SiC、AlN、FeNi等 材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低 膨胀性的复合材料。
玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的稳态烧蚀示意图
碳/碳防热复合材料
一种完全为碳的复合材料，碳纤维增强体镶嵌在碳基体中，基体材 料是气相沉积炭或液态浸渍热解炭
升华-辐射型烧蚀材料： 具有高的比热容和汽化能，熔化时要求有很高的压力和温度，具有比 任何材料都高的烧蚀热 炭材料在烧蚀条件下向外辐射大量的热量，具有较高的辐射系数，可 进一步提高其抗烧蚀性。
（1）碳纤维/铜复合材料 长纤维单向（纵向） < 涡卷状长纤维 < 长纤维双向正交 < 无序短纤维 < 长纤维 单向（横向）。
C/Cu(Sn)与C/Cu一样，物理结合； C/Cu(Ni)扩散结合；C/Cu(Fe)化学结合。
C/Cu复合材料线膨胀系数-温度曲线
（二）Cu/FeNi复合材料热膨胀特性 Cu的膨胀系数远大于FeNi 在Cu含量相同时，膨胀系数则由FeNi合金的本身特点、FeNi颗粒与 Cu颗粒在复合材料中的分布状态以及FeNi与Cu的相互作用决定的。
长径比不同 结晶度不同
填料的长径比越大越容易发生交联，并形成连续的热流通路，有利于提高复合材料 的热导率。
对于粉体填充的复合材料，其颗粒的粒径 比对热导率也有影响。
AlN粉体和AlN纤维是由多晶组成的，存在较多的晶界 和缺陷是声子的主要散射源，热导率低于理论值；而 晶须的结晶形态最好，近于单晶。
FeNi粒度对材料膨胀系数的影响
Cu/FeNi在100℃和300℃时的膨胀系数
二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）
防热机制的不同： 升华型：利用材料在高温下升华气化带走热量，一 般升华前还有强烈的辐射散热作用。 碳化型：主要利用树脂在高温下的炭化吸收热量， 进而所形成的炭化层还具有很好的辐射散热和阻塞热 流作用。 熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进 一步利用形成的熔融液态层来阻塞热流
第二节 热功能复合材料
一、复合材料的热导率 热导率的影响因素：复合材料的热导率由基体和所加的填料共同决定。 1、填料含量的影响
AlN/聚乙烯热导率与体积百分含量的关系
2、填料结构形态的影响
长径比不同
结晶度不同
对于粉体填充的复合材料，其 颗粒的粒径比对热导率也有影响
界面结合
Cu/环氧树脂复合材料热 导率与铜粉粒径的关系
防热材料的要求: 有效烧蚀热
特性： 比热容大，热导率小，密度小，烧蚀速率低
三、树脂基防热复合材料
树脂基防热复合材料主要是利用高相变热、低热导率的有机和无机 组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的 质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。 树脂基复合材料的烧蚀防热过程： 散热体的作用 随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生 泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭 内部树脂基体分解产生的 挥发物渗透到焦炭中，挥发 物被加热到极高温度进而分 解出更低分子量的裂解物， 这种裂解物的耗散带走大部 分热量从而阻碍热量向材料 内部的传入。
密度小，从而最大限度地减少制造材料的总重量，以适应航天领域的 设计要求
烧蚀速率低，质量烧蚀率低。
树脂基防热复合材料
树脂基防热复合材料主要是利用高相变热、低热导率的有机和无机 组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的 质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。 树脂基复合材料的烧蚀防热过程： 散热体的作用 随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生 泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭 内部树脂基体分解产生的 挥发物渗透到焦炭中，挥发 物被加热到极高温度进而分 解出更低分子量的裂解物， 这种裂解物的耗散带走大部 分热量从而阻碍热量向材料 内部的传入。