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    【C/C復合材料】最有前途的高溫材料
    來源: | 作者:碳谷集團 | 發布時間: 2019-11-27 | 118 次瀏覽 | 分享到:
    碳/碳復合材料是指以碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料。作為增強體的碳纖維可用多種形式和種類,既可以用短切纖維,也可以用連續長纖維及編織物。碳基體可以是通過化學氣相沉積制備的熱解碳,也可以是高分子材料熱解形成的固體碳。

         碳/碳復合材料是指以碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料。作為增強體的碳纖維可用多種形式和種類,既可以用短切纖維,也可以用連續長纖維及編織物。碳基體可以是通過化學氣相沉積制備的熱解碳,也可以是高分子材料熱解形成的固體碳。碳/碳復合材料具有低密度(<2.0g/cm3)、高強度、高比模量、高導熱性、低膨脹系數、摩擦性能好,以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等優點,是如今在1650℃以上應用的少數備選材料,最高理論溫度更高達2600℃,因此被認為是最有發展前途的高溫材料之一。

    碳/碳復合材料

             碳/碳復合材料的制備工藝主要有化學氣相法和液相浸漬法。前者是以有機低分子氣體為前驅體,后者是以瀝青等熱塑性樹脂或酚醛樹脂等熱固性樹脂為基體前驅體,這些原料在高溫下發生一系列復雜化學變化而轉化為基體碳。其中,化學氣相法是直接在坯體孔內沉積碳,產品的物理機械陛能比較好,但生產周期較長。液相浸漬法是將碳纖維制成的預成型體浸入液態的浸漬劑中,通過固化、碳化、石墨化等一系列過程的循環,最終得到碳/碳復合材料。其中,浸漬劑的組成和結構十分重要,不僅影響致密化效率,也影響制品的機械性能和物理性能。浸漬劑的高黏度和低碳化收率是造成碳/碳復合材料制備成本較高的重要原因之一。為了得到更好的致密化效果,通常采用兩種方法相結合,制備具有理想密度的碳/碳復合材料。

           碳/碳復合材料作為優異的熱結構和功能一體化工程材料,自1958年誕生以來,在軍工方面得到了長足的發展,其中最重要的用途是用于制造導彈的彈頭部件。由于其耐高溫、摩擦性好,目前已廣泛用于固體火箭發動機噴管、航天飛機結構部件、飛機及賽車的剎車裝置、熱元件和機械緊固件、熱交換器、航空發動機的熱端部件等。其中,目前,固體火箭發動機噴管和剎車盤是碳/碳復合材料的兩大主要應用領域。

    火箭發動機噴管

          在固體火箭發動機噴管上的應用,碳/碳復合材料自20世紀70年代首次作為固體火箭發動機(SRM)喉襯飛行成功以來,極大地推動了SRM噴管材料的發展。采用碳/碳復合材料的喉襯、擴張段、延伸出口錐,具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓,可大大提高SRM的比沖,噴管效率可提高l%~3%。在剎車領域,碳/碳復合材料剎車盤的實驗性研究于1973年第一次用于飛機剎車。目前,一半以上的碳/碳復合材料用作飛機剎車裝置。碳/碳復合材料制作的飛機剎車盤重量輕、耐溫高、比熱容比鋼高2.5倍;同金屬剎車材料相比,可節省40%的結構重量,使用壽命可提升5~7倍,剎車力矩平穩,剎車時噪聲小。因此,碳剎車盤的問世被認為是剎車材料發展史上的一次重大的技術進步。

          碳/碳復合材料自20世紀60年代發明以來,就受到軍事、航空航天、核能以及許多民用工業領域的極大關注。然而,由于碳/碳復合材料制造工藝復雜、技術難度大,原材料價格昂貴,產品成本長期居高不下,其用途仍然限制在一些工作條件苛刻的部位,以及其它材料不能替代的航空航天和軍事領域。目前在碳/碳復合材料研究領域,最需要解決的問題是:研究高效、低成本、快速制備工藝方法;研究能在1800℃以上長期使用的抗氧化涂層;研究高性能耐燒蝕碳/碳復合材料并應用于固體火箭喉襯材料;改進碳/碳復合材料的摩擦磨損性能,使之更加滿足于剎車材料的應用。(文章來源于:新材料導讀)

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