Carbon-Carbon第1页，共39页，星期日，2025年，2月5日一、概述（一）碳/碳复合材料简介（二）碳/碳复合材料的发展（三）碳/碳复合材料的制法（四）碳/碳复合材料的应用二、增强材料三、基体碳材料四、碳/碳复合材料的复合工艺五、碳/碳复合材料的性能第2页，共39页，星期日，2025年，2月5日碳/碳复合材料是六十年代发展起来约一种新型耐高温材料，它是由增强碳和基体碳所组成的多相材料。增强碳可以是不同类型的碳(或石墨)纤维及其织物。在碳/碳复合材料中起着骨架和增强剂的作用。基体碳起粘接作用，也可以是碳或石墨。碳/碳复合材料目前在国外已经被公认是高级再入飞行器鼻锥和固体火箭发动机喷营等关键部位最理想的耐烧蚀、防热材料。碳/碳复合材料的工程应用也日趋成熟。己用于美国民兵Ⅲ洲际导弹弹头，全碳/碳化的火箭发动机喷管也成功地通过了试验。（一）碳/碳复合材料简介第3页，共39页，星期日，2025年，2月5日碳/碳复合材料大约于1958年问世。开始是钱斯·渥特飞机公司宇航分公司的实验人员在研究酚醛树脂基复合材料时．由于事故而偶然发观的。经鉴定认为性能优越。大约在同一时期，美国联合碳化物公司(UCC)就用石墨布增强树脂，经固化、碳化和石墨化后，制成了第一个块状碳/碳复合材料，并作为商品出售。（二）碳/碳复合材料的发展第4页，共39页，星期日，2025年，2月5日以美国的情况为代表碳/碳复合材料的发展大体上可以分为三个阶段：1、第一阶段：自1958年到六十年代中期为初始发展阶段。主要是对碳/碳复合材料用的碳纤维、碳/碳基本复合工艺进行的研究工作。找到了提高碳纤维弹性模量和强度的技术关键。1965年又开始把化学气相沉积方法引入碳/碳的复合工艺中，2、第二阶段：六十年代中期至七十年代初期是碳/碳复合材料的开始应用阶段。在此期间对增强碳，基体碳和复合工艺都继续做了大量工作。开始把碳/碳复合材料作为防热和热结构材料应用于火箭发动机喷管、卫星、飞船等尖端技术领域。3、第三阶段：自七十年代初期至今是碳/碳复合材料的发展提高阶段。材料的性能得到进一步的提高；较成功地解决了材料的各向异性问题；研制成三向正交细编碳/碳复合材料；而且对碳/碳复合材料的应用性能(抗应力波、抗热震性等)和微观结构进行了研究；碳/碳复合材料作为战略核武器头部防热材料的研究更加广泛和深入。MK-12A碳/碳鼻锥成功地用作美国第三代洲际弹道导弹弹头防热材料。（二）碳/碳复合材料的发展第5页，共39页，星期日，2025年，2月5日碳/碳复合材料的制造方法与树脂基复合材料截然不同。这里起粘接剂作用的基体碳既不溶于任何溶剂也不能加热使它熔融，在常压下碳只是在3500℃直接升华。主要是利用有机物或有机高聚物在高温下能够热解成碳这一固有特性，通过间接方法制备基体碳。碳/碳材料的复合是与基体碳的形成是同时进行的。基本的方法有两种：化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition，CVD）、浸渍－碳化法。（三）碳/碳复合材料的制法第6页，共39页，星期日，2025年，2月5日航天技术方面在航天飞机机翼和尾翼的前缘由于使用了碳/碳材料．大大地减轻了航天飞机的重量。全碳/碳化固体火箭发动机喷管是今后的发展方向。碳/碳材料还可以制作液体火箭发动机的喷喉。在卫星和飞船上还大量地用碳/碳材料制作热防护罩，如：阿波罗载人指令舱上光学仪器的防热罩，阿波罗飞船上核动力发生器的外壳。航空工业方面英、美、法等国家制造的碳/碳刹车盘，为飞机提供了磨擦制动，能控制飞机在地面运动的方向和速度。碳/碳刹车盘不仅用于高性能的军用飞机，并已投入民用航线使用，如：协和号飞机。这种刹车盘比钢刹车盘强度高，刚性好，可以节省约50%的重量，操作安静，着陆次数可提高5-6倍。在医疗上的应用已经用碳/碳复合材料制成了人工心瓣膜。（四）碳/碳复合材料的应用第7页，共39页，星期日，2025年，2月5日（一）对碳纤维的要求 含碳量尽量高，含杂质尽量少。特别是有害杂质：碱金属尽量少（据说抗热氧化性能好的碳纤维，碱金属的含量都比较低）。由于杂质成分和微观结构上的差别，不仅影响到碳纤维的强度和弹性模量，某些杂质含量过高还会削弱材料的耐烧蚀性能。一般说，如果碳/碳复合材料是用于一般的防热或隔热，则不必选用价格昂贵的高强度高模量碳纤维。若用于制造导弹弹头等再入飞行器鼻锥和固体火箭发动机喷管，由于工作环境恶劣，要求碳/碳复合材料不仅仅是耐高温耐烧蚀，耐热冲击，还要能经受机械冲刷和剥蚀，因此应选择强度和模量适中的碳纤维，而且有害杂质碱金属的含量越低越好。增强材料第8页，共39页，星