文档介绍：概述
制备工艺
碳/碳复合材料的界面
碳/碳复合材料的抗氧化
碳/碳复合材料（C/C）
碳碳复合材料
碳/碳 (C/C) 复合材料是由碳纤维及其（碳毡或碳布）增强的碳基复合材料，其组成元素只有一个，即碳元素。
表11 – 1 典型三维正交增强C/C 复合材料性能
碳/碳复合材料概述
碳碳复合材料
碳/碳复合材料概述
如表1所示，C/C具有许多优异的性能。如密度低、高热导性、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等。特别是高温下的高强度和模量，其强度随着温度的升高而升高以及高断裂韧性、低蠕变等性能，使C/C成为目前唯一可用于高温达2800 C的高温复合材料（图11 – 1）。
图 11 – 1 不同材料比强度与温度的关系对比
碳碳复合材料
碳/碳复合材料概述
图 11 – 2 不同界面的碳碳复合材料应力-应变曲线
碳碳复合材料
碳/碳复合材料概述
碳/碳复合材料中的碳纤维和基体碳的界面匹配影响其力学行为（图11 – 2）。碳纤维的类型、基体的预固化以及后续工序的类型等决定了界面的结合强度。当纤维与碳基体的化学与机械键合形成界面结合时，在较低的断裂应变时，基体中形成的裂纹扩展越过界面，引起纤维的断裂，此时材料属于脆性断裂，而复合材料的强度是由基体断裂应变决定的。当界面结合相对较弱时，材料受载一旦超过基体断裂应变时，基体裂纹在界面会引起基体与纤维脱粘，而不会装穿过纤维。这时纤维仍可能继续承受载荷，从而呈现出非脆性断裂方式，通常称为假塑性断裂。
碳碳复合材料
碳/碳复合材料概述
碳/碳复合材料具有碳元素所特有的耐烧蚀、抗热震、高导热率和低膨胀系数等性能。其导热性在常温下可与铝合金比拟；热膨胀系数远比金属低；同时具有最好的生物相容性。
碳/碳复合材料另一重要性能是其优异的摩擦磨损性能。碳/碳复合材料中的碳纤维微观结构为乱层石墨结构，其摩擦系数比石墨高，因而提高了复合材料的摩擦系数。石墨因其层状结构而具有固体润滑能力，可降低摩擦副的摩擦系数。通过改变基体碳的石墨化程度就可以获得摩擦系数适中而又有足够强度和刚度的碳/碳复合材料。
碳碳复合材料
二、碳/碳复合材料的制备工艺
1、碳/碳复合材料的预成型体和基体碳
1- 1 预成型体
预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。如三维碳/碳复合材料中常用的2-2-3结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。
碳/碳复合材料的预成型体可分为单向、二维和三维，甚至可以是多维方式（图11 – 3），大多采用编织方法制备。在制备圆桶、圆锥或圆柱等预成型体时需要采用计算机控制来进行编织。
碳碳复合材料
1- 1 预成型体
图 11- 3 多维编织的碳碳复合材料预成型体结构
碳碳复合材料
1- 1 预成型体
碳/碳复合材料预成型体所用碳纤维、碳纤维织物或碳毡等的选择是根据复合材料所制成构件的使用要求来确定的，同时要考虑到预成型体与基体碳的界面配合。如选择刹车片材料，一般多采用非连续的短纤维或碳毡来作增强相，以提高刹车片的抗震性；而一些受力构件则多采用连续纤维；在三维编织预成型体时，一般要求选择适于编织、便于紧实并能提供复合材料所需的物理和力学性能的连续纤维。
碳碳复合材料
1 – 2 基体碳
典型的基体碳有热解碳（CVD碳）和浸渍碳化碳。前者是由烃类气体的气相沉积而成；后者是合成树脂或沥青经碳化和石墨化而得。
1） CVD碳：
主要以来原料有甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天然气等碳氢化合物。
CH4（g） C （s）+ 2H2（g）
沉积根据不同的沉积温度可获得不同形态的碳，在950 ~ 1100C为热解碳；1750 ~ 2700C 为热解石墨。
碳碳复合材料