文档介绍：材料现代成型技术碳/碳复合材料大连理工大学材料学院大连理工大学材料学院贾贾非非Dalian University of TechnologyDalian University of Technology陶瓷基复合材料?碳/碳复合材料概述?碳/碳复合材料的应用?陶瓷基复合材料的制备工艺?碳/碳复合材料的增韧机制?碳/碳复合材料的界面和显微组织?碳/碳复合材料的性能碳/碳复合材料概述碳/碳复合材料是以碳纤维(或石墨)为增强纤维,以碳(或石墨)为基体的复合材料。?碳/碳复合材料的特点:?优异的热性能,高的导热性、低的热膨胀系数、抗热冲击。?优异的高温力学性能,高温下的高强度和模量、低蠕变、高断裂韧性。高温时随温度的升高强度也升高。?是目前唯一可用于达2800℃的复合材料。碳/碳复合材料制造的刹车零件碳/碳复合材料概述?碳/碳复合材料源于1958年,美国Chance-Vought公司由于实验室事故,在碳纤维树脂基复合材料固化时超过规定的温度,导致树脂碳化,却形成C/C复合材料。?碳/碳复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料,具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性,在机械、电子、化工、冶金和核能等领域广泛应用,在航天、航空和国防领域中的关键部件上获得大量应用。?我国碳/碳复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域,较少涉足民用高性能、低成本碳/碳复合材料的研究。?整体研究水平还停留在对材料宏观性能的追求上,对材料组织结构和性能的可控性、可调性等基础研究相当薄弱,难以满足国民经济发展对高性能碳/碳复合材料的需求。?因此,开展高性能碳/碳复合材料的基础研究具有重大的科学意义和社会、经济效益。碳/碳复合材料的优点 1)碳/碳复合材料具有可设计性; 2)质量轻,~,仅为钢的四分之一;3)力学特性随温度升高而增大(2200℃以前),是目前唯一能在2200℃以上保持高温强度的工程材料;4)线膨胀系数小,高温尺寸稳定性好;5)优异的耐烧蚀性能;6)损伤容限高,良好的抗热震性能;7)摩擦特性好,摩擦系数稳定,~;使用寿命长,在同等条件下的磨损量约为粉末冶金刹车材料的1/3~1/7;8)承载水平高,过载能力强,高温下不会熔化,也不会发生粘接现象;9)导热系数高、比热容大,是热库的优良材料;10)优异的抗疲劳能力,具有一定的韧性,维修方便。碳/碳复合材料的应用?1. 刹车领域的应用?碳/碳复合材料在1973年第一次用于飞机刹车片,目前,一半以上的C/C复合材料用做飞机刹车装置。?高性能刹车材料要求高比热容、高熔点以及高温强度,C/C复合材料正好满足这一要求,制作的飞机刹车盘重量轻、耐高温、,与金属刹车盘相比,可减轻40%的结构重量。碳刹车盘的使用寿命是金属的5~7倍,刹车力矩平稳,刹车噪音小,因此碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的重大技术进步。?目前法国欧洲动力、碳工业等公司已经批量生产C/C复合材料刹车片,英国邓禄普公司也已大量生产C/C复合材料刹车片,用于赛车、火车和战斗机的刹车材料。碳/碳复合材料的应用?2. 先进飞行器?导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞行器头部受到强激波,对头部产生很大的压力,其最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。?设计合理的鼻锥外形和选材,能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%~10%左右。对导弹的端头帽也要求防热材料,在再入环境中烧蚀量低,且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。?三维编织的C/ C复合材料,其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160℃气动加热至1700℃时的热冲击要求,可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏;其低密度可提高导弹弹头射程,已在很多战略导弹弹头上得到应用。除了导弹的再入鼻锥,C/C 复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。碳/碳复合材料的应用碳/碳复合材料的应用?3. 固体火箭发动机喷管上的应用?C/C复合材料自上世纪70 年代作为固体火箭发动机喉衬飞行成功以来,极大地推动了固体火箭发动机喷管材料的发展。?采用C/C 复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥,具有极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓, 可提高喷管效率1 %~3%,即可大大提高固体火箭发动机的比冲。?喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基C/C复合材料,增强体多为整体针刺碳毡、多向编织结构等,并在表面涂覆SiC以提高抗氧化性和抗冲蚀能力。?美国的应用:①“民兵2Ⅲ”导弹发动机第三级的喷管喉衬材料;②“北极星”A27 发动机喷管的收敛段;③MX导弹第三级发动机的可延伸出口锥(三维编织薄壁C/C 复合材料制品)。?俄罗斯用在潜地导弹发动机的喷管延