碳碳复合材料的研究与发展.pdf

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碳／碳复合材料的研究与发展
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(航天】：业总公司703所北京100076)(国防科工委军用新材料应用研究专业组北京1ooo763

文摘末文简述碳／碳复合研究与发展的概况，包括洲际导弹端头材料、抗
氧化热结构材料、飞机刹车材料、先进碳／碳和抗氧化涂层。指出1进一步研究发展
的方向。
AbstractAbriefreviewofresearchanddevelopmentofcarboncarbon

compositesisintroduced，includingnosematerialsforintercontinentalballistic

missiles．oxidation—resistantheatstructurematerials．brakediskmaterialsfor
aircrafts，advancedcarbon—carbonandoxidation—resistantcoatings．Theprospect
forfurtherdevelopmentispointedOut．
关键词壁生复鱼，些竺生垫茎热结构材料，型，先
进碳／碳材料，抗氧化涂层

l概述由于碳／碳具有高比强度、高比刚度、高
碳／碳复合材料是高技术新材料，自温下保持高强度，良好的烧蚀性能、摩擦性
1958年碳／碳复合材料问世以来，已经经历能和良好抗热震性能以及复合材料的可设
了35年的发展历程。碳／碳的发展大致可分计性，引起了航天航空设计部门极大兴趣。
为四个阶段：加上碳／碳抗氧化涂层的研制成功，使得碳／
60年代一一碳／碳工艺基础研究阶段，碳有可能在氧化气氛下重复使用，也就是说
以化学气相沉积工艺和液相浸渍工艺的出碳／碳不仅是一种无与伦比的烧蚀材料，而
现为代表；且也是一种最高使用温度的热结构材料。因
7O年代——烧蚀碳／碳应用开发阶段，此，碳／碳出现后得到了迅速的发展．并且取
以碳／碳飞机刹车片和碳／碳导弹端头帽的得卓有成效的进展当今，碳／碳复合材料在
应用为代表；四大类复合材料中就其研究与应用水平来
80年代——碳／碳热结构应用开发阶说，仅次于树脂基复合材料，优先于金属基
段，以航天飞机抗氧化碳／碳鼻锥帽和机翼复合材料和陶瓷基复合材料，已走向工程应
前缘的应用为代表；用阶段。多年来，美国、法国、英国等工业发
90年代——碳／碳新工艺开发和民用达国家研制开发了两向、三向、四向、七向、
应用阶段，致力于降低成本，在高性能燃气十三向等多维碳／碳复合材料以及正交细
涡轮发动机航天器和高温栌发热体等领域编、细编穿刺、抗氧化、混杂和多功能等许多
的应用种碳／碳复合材料。从技术发展看，已经从最

宇航材料工艺1995年第5期一1——

初阶段的两向碳／碳复合材料发展为三向、碳／碳复合材料的技术发展目标是：到
四向等多维碳／碳复合材料；从单纯抗烧蚀1995年燃气轮机叶片／圆盘的质量减轻
碳／碳复合材料发展为抗烧蚀一抗侵蚀和抗30；到2000年研制成1538C燃气轮机部
烧蚀一抗侵蚀一稳定外形碳／碳复合材料；件材料体系。并使结构用碳／碳复合材料的
从防热材料发展成热结构材料；从单功能材成本减少5o。达到技术目标的预计进度
料发展成多功能材料。目前对碳／碳复台材为：到1995年．演示验证抗氧他的结掏型碳
料的扩大应用来说．降低成本和抗氧化问题／碳复合材料；到2000年建立高生产率流水
是主要的问题。线，将碳／碳复合材料的制造成本降低
2199"~年羹国国防部关键技术计划5o％；到2005年IHPTET计划第三阶段演
1992年7月，为适应国际形势变化，在示验证结掏型碳／碳复合材料。研制成部件
进行了战略调整的基础上，制订了新的国防和轻型航天器结构。
部关键技术计划．以最迫切、最重要的七大3碳／碳复合材料研究的现状与进展
需求为重点，选择了1l项关键技术第7项3．1洲际导弹端头材料
是“材料与工艺”。美国国防部的材料与工艺碳／碳作为洲际导弹端头材料仍然是各
技术既可使监视、指挥、控制、通信、情报、人国唯一的最佳选择，目前应用的是外形稳定
员福利、后勤等基础设麓得以实现。也可使的碳／碳端头先进洲际导弹对弹头端头材
各种空基、陆基或海基的进攻或防御性武器料的要求不仅是耐烧蚀性能(烧蚀量要小)
系统成为可能。材料与工艺技术的主要推动和抗热震性能(保持结构的完整性)，更重要
力有两方面：一是在研究所所长联席会议的是要保持再入时端头的外形稳定性。以避
(JDI)先进材料技术组(TPAM)的密切协免弹头发生滚转异常造成落点偏差过大，甚
调下，各军种提出了对当前和未来的军事行至弹头在空中解体因此，端头要求在烧蚀
动非常明确的需求和机遇；二是国防高级研／侵蚀耦合作用的再入条件下能均匀烧蚀，