碳碳复合材料纸杯方法以及用途

制备C/C复合材料的方法主要有两种:化学气相法(CVD或CVl)和液相浸渍碳化法。前者以有机低分子气体为前驱体，后者以热塑性树脂(石油沥青、煤沥青、中间相沥青)或热固性树脂(呋喃、糠醛、酚醛树脂)为基体前驱体。这些原料在高温下经过一系列复杂的化学变化，转化为基体碳。为了获得更好的致密化效果，通常采用化学气相法和液相浸渍-碳化法进行复合材料致密化，以获得理想密度的C/C复合材料。

C/C复合材料是指一种以碳纤维为增强体，碳为基体的复合材料。碳纤维作为增强材料可以以多种形式和类型使用，包括短切纤维、连续长纤维和编织物。各种碳纤维都可以用作C/C复合材料的增强体。基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳或通过聚合物材料热解形成的固体碳。C/C复合材料作为碳纤维复合材料家族中的重要成员，具有密度低、比强度和比模量高、热导率高、热膨胀系数低、断裂韧性好、耐磨损、耐烧蚀等特点。特别是随着温度的升高，它的强度不但不会降低反而可能增加。是所有已知材料中耐高温性能最好的材料。因此广泛应用于航天、航空、核能、化工、医疗等领域。

1.化学气相法

化学气相沉积(cVD或cVI)是将碳直接沉积在坯体的孔洞中，从而填充孔洞，增加密度。沉淀炭易于石墨化，与纤维的物理相容性好，不会像浸渍法那样在再碳化过程中收缩，但这种方法具有更好的物理机械性能。但是，在cVD过程中，如果碳沉积在坯体的表面，它将阻止气体扩散到内孔中。表面沉积的碳要用机械去除，然后再进行新一轮的沉积。对于厚的产品，CVD法也有一定的困难，而且这种方法的周期也很长。


C/C复合材料的两个主要应用领域C/C复合材料作为一种集热结构与功能于一体的优良工程材料，自1958年诞生以来，在军事工业上取得了巨大的进步，而C/C复合材料最重要的应用是制造导弹战斗部零件。由于其耐高温和良好的摩擦性能，已广泛应用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构件、飞机和赛车制动器、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机热端部件等。

1.固体火箭发动机喷管的应用

自20世纪70年代首次成功用作喉衬以来，C/C复合材料极大地促进了固体火箭发动机喷管材料的发展。C/C复合材料制成的喉衬、扩张段和延伸出口锥具有极低的烧蚀率和良好的烧蚀剖面，可提高喷管效率1% ~ 3%，可大幅提高固体火箭发动机的比冲。喉衬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、多向编织等。，表面涂覆Sic以提高抗氧化性和抗侵蚀性。

2.C/C复合材料刹车盘在刹车领域的应用实验研究1973年首次用于飞机刹车。目前，超过一半的C/C复合材料被用作飞机刹车。高性能刹车材料要求高比热容、高熔点和高温强度，而C/C复合材料正好满足这一要求。制成的飞机刹车盘重量轻，耐高温，比热容比钢高2.5倍。与金属刹车材料相比，可节省40%的结构重量。碳刹车盘的使用寿命是金属底座的5 ~ 7倍，制动力矩稳定，制动时噪音低。因此，碳刹车盘的问世被认为是刹车材料史上的一次重要技术进步。目前，法国欧洲电力、炭素工业等公司已量产C/C复合材料刹车片，英国邓禄普公司也已量产C/C复合材料刹车片，用作赛车、火车、战斗机的刹车材料。

3.液体浸渍法-碳化法

液相浸渍法是制备C/C复合材料的一种重要方法，其设备相对简单，适用性广。它是将碳纤维制成的预制体浸入液体浸渍剂中，通过加压使浸渍剂充分渗入预制体的间隙，然后经过固化、碳化、石墨化等一系列循环，最终得到C/C复合材料。它的缺点是需要反复的浸渍和碳化循环来满足密度要求。浸渍剂的组成和结构在液相浸渍中至关重要，它不仅影响致密化效率，而且影响制品的力学和物理性能。提高浸渍剂的碳化收率和降低浸渍剂的粘度一直是液相浸渍法制备C/C复合材料需要解决的关键问题之一。浸渍剂粘度高、碳化收率低是C/C复合材料成本高的重要原因之一。改善浸渍剂的性能不仅可以提高C/C复合材料的生产效率，降低其成本，还可以改善C/C复合材料的各项性能。C/C复合材料的碳纤维在空气中的氧化从360℃开始，石墨纤维略好于碳纤维。初始氧化温度为420℃，C/C复合材料的氧化温度约为450℃。C/C复合材料在高温氧化性气氛中易被氧化，氧化速率随温度的升高而迅速增加。如果没有防氧化措施，C/C复合材料长期在高温氧化环境中使用必将导致灾难性后果。因此，C/C复合材料的抗氧化处理已成为其制备过程中不可或缺的一部分。从抗氧化技术来看，可以分为内部抗氧化技术和抗氧化涂层技术。