文档介绍：1
碳/碳复合材料
一、概述
二、碳/碳复合材料的组成及微观结构
三、碳/碳复合材料的性能
四、碳/碳复合材料制备及其加工
五、碳/碳复合材料的应用
六、碳/碳复合材料的氧化及防氧化
七、碳/碳复合材料的研究方向和不足
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一、概述
C/ C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料,密度小、比强度大、线膨胀系数低( 仅为金属的1/ 5~ 1/ 10) 、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。特别是C/ C 复合材料在1 000℃~ 2 300℃时强度随温度升高而升高, 是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料
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二、碳/碳复合材料的组成及微观结构
碳/碳复合材料的组成有两大部分: 碳纤维和基体碳。
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碳纤维织物结构形式
a-2D平纹 b-2D8H缎纹 c-3D径向编织 d-3D e-4D f-5D
碳纤维的增强形式有单向(1D)、双向(2D)及多向。单向增强可在一个方向上得到最高拉伸强度的碳/碳;双向织物提高了抗热应力性能和断裂韧性,容易制成大尺寸形状复杂的部件,有广泛的应用基础。三向及多向编织具有更好的结构完整性和各向同性。
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三、碳/碳复合材料的性能
1 物理性能
碳/碳复合材料在高温热处理后的化学成分,碳元素高于99%,像石墨一样,具有耐酸、碱和盐的化学稳定性。其比热容大,热导率随石墨化程度的提高而增大,线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。
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2 力学性能
碳/碳复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的种类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的碳/碳复合材料,沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍。随着温度的升高,碳/碳复合材料的强度不仅不会降低,而且比室温下的强度还要高。一般的碳/碳复合材料的拉伸强度大于 270MPa, 单向高强度碳/碳复合材料可达700MPa 以上。在1000 ℃以上,强度最低的碳/碳复合材料的比强度也较耐热合金和陶瓷材料的高。碳/碳复合材料的断裂韧性较碳材料有极大的提高,其破坏方式是逐渐破坏, 而不是突然破坏, 因为基体碳的断裂应力和断裂应变低于碳纤维。
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碳/碳复合材料与其他材料温度上升时比强度的比较
高温下的稳定性比较好
几种材料拉伸比强度的比较
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碳/碳复合材料和其他材料各种性能的比较
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3 热学及烧蚀性能
碳/碳复合材料导热性能好、热膨胀系数低,因而热冲击能力很强,不仅可用于高温环境, 而且适合温度急剧变化的场合。其比热容高, 这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。碳/碳复合材料是一种升华-辐射型烧蚀材料,且烧蚀均匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热,可阻止热流传入飞行器内部。因此该材料被广泛用作宇航领域中的烧蚀防热材料。
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4 摩擦磨损性能
碳/碳复合材料中碳纤维的微观组织为乱层石墨结构,其摩擦系数比石墨高,特别是它的高温性能特点,在高速高能量条件下摩擦升温高达 1000 ℃以上时,其摩擦性能仍然保持平稳,这是其它材料所不具备的。因此,碳/碳复合材料为军用和民用飞机的刹车盘材料越来越广泛。