制
备
热固性树脂
流
浸渍、固化
程
及
工 艺
炭化 900-1500℃
化学气相沉积 （CVD或CVI ）
C/C 复合材料
石墨化处理 （2100-2800℃）
C/C 复合材料
沥青浸渍
炭化 1000℃
炭/炭复合材料的制备
? 炭纤维是制造C/C复合材料最主要的原材料之一。常用炭纤维有聚丙 烯腈(PAN) 炭纤维和沥青基(Pitch)炭纤维,聚丙烯腈基炭纤维应用最为 广泛。
炭/炭复合材料的制备
一、液相浸渍工艺：
液相浸渍工艺是将碳纤维预制体置于树脂或沥青等有机物中进行浸 渍，并用热处理方法在惰性气氛中将有机物炭化的过程。为使浸渍剂的 炭转化率高且结构缺陷少，要求含炭有机物应具备如下要求： 1、残炭率高，减少浸渍炭化次数，减少炭化过程的收缩； 2、炭化时应有低的蒸汽压，使分解形成的低分子产物并不挥发掉，而是 进一步环化。 3、炭化不应过早地转变为坚硬的固态。 4、固化后树脂、沥青的热变形温度高。 5、固化、炭化时不易封闭坯体的孔隙通道。
炭/炭复合材料的制备
炭纤维预制体的致密化决定了制备C/C复合材料的成本 和性能。致密化过程中的关键因素为： 一、速率和效率：即如何在尽可能短的时间里和用尽可能低 的成本获得尽可能高的密度； 二、基体炭的结构：即得到的基体炭结构应满足使用要求； 三、材料密度和基体炭结构的均匀性。
实用的C/C复合材料均应满足以上几点。一般常用致密 化工艺有液相浸渍工艺和化学气相渗透(CVI)工艺。
? 八十年代以来，C/C复合材料的研究极为活跃，前苏联、日本等国也 都进入了这一先进领域，在提高性能、快速致密化工艺研究以及扩大 其应用等方面取得了很大进展，成为新世纪的关键新材料之一。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
一、C/C复合材料的主要性能特点： 低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放
炭/炭复合材料及其制备
炭/炭复合材料及其发展进程
? C/C复合材料是炭纤维增强炭基复合材料的简称，是由纤维增强相和 基体相组成的一种复合结构。
? C/C复合材料是1958年在Chance Vought航空公司实验室偶然得到的。
? 自七十年代，在美国和欧洲得到很大发展，在制定工艺方面，炭纤维 多向编制技术、高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法（CVI）为有效 得到高密度的 C/C复合材料提供了工艺基础，开辟了其制造、批量生 产和应用的广阔前景。
炭/炭复合材料的制备
二、化学气相渗透(CVI)工艺：
化学F气I 相针渗针针透F(ICVI)工艺是一种在控制条件下向多孔通的炭纤维预制体 内 中部，空加间热进至针行所针针沉 需积温的度涂，层通工入焦 焦 焦艺碳。源气CCV体VI工I(真如艺C过H程4、是C焦焦焦焦焦把3H预6制等体向废废管道)进置行于热专解用沉C积VI，炉
? 炭纤维的选择主要基于所设计的复合材料的应用和工作环境，用于增 强C/C复合材料的纤维有多种，对重要的结构选用高强、高模纤维； 对导热系数要求低则选用低模量炭纤维。
? 预制体是指按照产品的形状和性能要求，把炭纤维预先制成所需形状 的毛坯。一般按增强方式分为短纤维增强预制体、连续长纤维增强预 制体和长短纤维复合增强预制体。
4. 生物医学上的应用: 碳元素有良好的生物相容性，C/C 复合材料承继了这种特性，可作为 牢固的材料用作高应力下的外科植入物，现已成功的在人体内植入了 C/C复合材料制造的人工关节。
5. 其它方面的应用: 如C/C复合材料可以用于制造核反应堆中的无线电频率限幅器、卫星 上的通讯反射器、内燃机的活塞、高温玻璃控制工具、高温紧固件、 热压模、超塑性金属模具以及体育器材等。
气、在2000℃以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩 擦磨损性能和生物相容性(组织成分及力学性能上均相容)、对宇宙辐射不敏感及 在核辐射下强度增加等性能。 二、C/C复合材料的主要应用领域 1. 刹车制动中的应用：
C/C复合材料是理想的摩擦材料。大部分军用和民用飞机及一些高级赛车均 采用C/C复合材料制造刹车装置。世界上生产的 C/C复合材料中按体积计算有63% 用于制造飞机的刹车装置。 2. 航天领域上的应用：
航空器在受热最严峻的部位一般采用C/C复合材料制造，如固体火箭发动机 的喷管、导弹鼻锥帽，这些部件的工作温度高达3000℃。
炭/炭复合材料的主要性能特点及其应用
3. 航空发动机上的应用: C/C复合材料能在高温下长时间稳定可靠地工作，用这种材料制造的 涡轮发动机叶片代表着当前C/C复合材料的工艺水平。
总结及展望
尽管C/C复合材料有许多优异的性能和如此广阔的用途, 但目前由于价格的原因,其用途仍限制在一些工作条件苛刻的 部位,以及其它材料不能代替的航空航天和军事领域,而且用 得最多的还是飞机的刹车片。因此,为了扩大它在民用领域的 应用,需要在如下两方面继续做出努力: ?(1) 研究新的成型工艺,缩短生产周期,降低成本。 ?(2)形成规模化生产,与树脂基或陶瓷基复合材料形成一定的 竞争力。
FI
以填充炭焦焦纤维预制焦 焦体中的孔隙的过程。CV针I针工针艺增密过程中，炭纤维成 为了热解焦焦炭生长的焦 焦天然核心，针二针针者之间结合得真非真常真紧密,而且随着沉积的 进行，热解炭通过桥接把纤维连为一体，使整个坯体形成一个高强高模 的材料实体；其次，CVI热解炭的微观结构可以通过调节工艺参数来调 控，以获得满足各种性能要求的热解炭的结构。CVI基体炭由于与纤维 结合紧密、结构可调，因此是制备高性能C/C复合材料的首选方法。