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碳碳复合材料的工艺、组织和性能石荣

碳碳复合材料的工艺、组织和性能

,

石荣

卜海交通大学材料科学系卜海

摘要综述了破碳复合材料在制备工艺、组织与性能等方面的研究进展,并结合国内的研
究情况,指出了应着重解决的一些问题。
关键词碳碳复合材料致密化抗氧化组织力学性能

。、。、,、、。〔。〕

,

·

。,,,

,,

成果。多维整体编织技术使潜能的发挥成为可

引言,、、
能除一维二维外,现今还可提供三维多向三向

。
先进复合材料主要有树脂基、金属基、陶瓷基和四向、五向、七向、十一向等预制体口’」的
碳基复合材料等四类,其中树脂基复合材料的应用应用范围在不断扩大,作为抗烧蚀材料和高速制动
已较为成熟,而非树脂基复合材料则在航空耐热构摩擦材料早己成功地运用于航空航天领域匕‘“〕。而将

。
件等方而有着广阔的应用前景推比。发动机的涡其作为高温长时使用的热结构材料运用于航空发动

“
轮前进口温度达,推比一的发动机则机热端部件则正是目前研究和发展的重要方向,国

。
高达。一℃国外已将金属基复合材料用于外己有喷嘴、鱼鳞片、喷油杆等零部件运用于
推比以上发动机的压气机和风扇叶片。而关键高、幻影。。飞机发动机或通过了地而试验团。
温部件则只能采用陶瓷基复合材料和碳纤维增强碳此外,作为其他功能和结构材料在民用工业中亦有

。
基复合材料碳碳复合材料,简记为前者的许多应用。

一
工作温度可高达以上而〔丫则是

’一“。的致密化与抗氧化
以上特别是超过的唯一候选材料巨〕可以
说是先进复合材料的典型代表,是新材料技术致密化的实质性问题便是“填孔”。〔丫的
的集中体现。世界研究的几十年高潮迭起,应致密方法主要有液相浸渍法和化学气渗透法
用范围的不断扩大激起了人们高涨的研究热情。两种。
液相浸渍法浸渍液相选取可降解的热固性树

发展简史。
脂和热塑性沥青典型工艺流程为浸渍一碳化一石

,
自年偶然诞生后阔在不到年的墨化。浸渍液的枯度、残碳率以及浸渍温度和压力是

。
时间里,因其超常品质卓越性能及巨大潜力而得以影响密度的重要因素一川如采用缓慢升温
迅猛发展。的发展可以说与碳纤维的发展和加高压,残碳率可由一般的一
息息相关。由最初的粘胶基,到年代初期和末升至左右‘。
期基和沥青基的先后问世并迅速产法是将预制体在惰性气氛下加热至

,,。
业化卜」其性能大大提高价格则大幅度降低某一温度后,将有机气体混合物渗透进入预制
的发展带动了的发展,年代末磁编织和磁缠体内部,使热解碳沉积于表面,从而制得。
绕技术成功运用于预制体成型,使得的应用法制备的称为热解碳

。,
用取得了实质性突破一’。」近年来进展神基。年即将该项技术引入制
速,研究队伍日益壮大,各项研究向纵深方向发展,备工艺中。年英国公司首次将热解碳

。
的制备技术和抗氧化研究等方面己取得丰硕基用于“协和号”飞机刹车系统。‘」工艺也
材料导报年月第卷第期

广泛用于制备的抗氧化和抗磨损涂层以及制

。、组织与力学性能
备其他无机新材料法类型较多,如均热法热

、、
梯度法、压差法和脉冲法等,各有其利弊仁‘’一‘〕。的突出优点是高比强度高比模量高断

。
对基本的浸渍、工工艺加以改进又衍生出许裂韧性和优异的高温力学性能有关力学性能及其

。
多新工艺。如在浸渍一碳化过程中加高压的高压浸评价的文献己有不少年代到年代中期主要

一。
渍一碳化工艺对制备高密度和大研究一维的强度特性及评价。年

,一一。
尺寸如又试件可匕低压工代中期以来重点转至和方而不
,
艺缩短工时一,并且可以改善材质。过有关组织一力学性能关系的报道却很
一。,。
及其合作者〕探索了直流等离子体增强工艺,少卿川事实上这也是一个相当复杂的问题其复

。
,上
将渗透温度从通常的。℃降至并得到相杂性首先表现在组织的纷繁多样性是
,
同性能的材料。最近等〔‘」提出了强制一种先进复合材料而本质上又是一种特种新型碳
。
,质材料由于碳质材料的化学结合和基本结构的多
热梯度法其最产沉积速率可达拼
。
,,样性导致了微观组织和宏观组织的多样性根据复
可比均热法一,提高近倍而
,
矛一泌合材料的特点考察影响力学性能的组织囚素
的研究人员提出的
、

一时要将重点放在碳基体及界而结构等三个方
法则体现了一种较新的思路用配制的
。
,一而
浸渍预制体再于某一临界压力温度下除去凝
胶,这样剩余的包围的硅胶就具有大量孔隙,再
,、
。几十年来对的制造结构与性能等已进行
经填孔即能节省大量时间仁〕
了深入研究,国内外一些有代表性的专著也相继问
早期用一浸工,
制备多采单的渍或艺。
世比一〕尽管目前可生产出高强可达高模
以后发展了复合工艺,得到了性能更好的混合基体,
可达等高性能,但是显然不能单
几十年来,人们一直不遗余力地改进工艺或