碳碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合资料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、冲突功能好,以及抗热冲击功能好、尺寸稳定性高等优点。
碳碳复合资料的制备工艺主要有化学气相法和液相浸渍法。化学气相法以有机低分子气体为前驱体,液相浸渍法以沥青等热塑性树脂或酚醛树脂等热固性树脂为前驱体,这些质料在高温下发生一系列杂乱化学变化而转化为基体碳。
其间,化学气相法是直接在坯体孔内堆积碳,产品的物理机械功能比较好,但出产周期较长。液相浸渍法是将碳纤维制成的预成型体浸入液态的浸渍剂中,通过固化、碳化、石墨化等一系列过程的循环,最终得到碳碳复合资料,出产工艺较简单,但产品细密性不强影响其物理功能。为了得到更好的细密化效果,一般采用两种办法相结合,制备具有抱负密度的碳碳复合资料。
碳碳复合材料作为优异的热结构和功用一体化工程资料,自诞生以来在军工方面得到了长足的发展,其间最重要的用处是用于制造导弹的弹头部件。由于其耐高温、冲突性好,现在已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机刹车设备、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件等。
现在,固体火箭发动机喷管和刹车盘是碳/碳复合资料的两大主要应用领域。其间一半以上的碳碳复合资料用于飞机刹车设备。碳碳复合资料制作的飞机刹车盘分量轻、耐温高、比热容比钢高2.5倍;
同金属刹车资料比较,可节约40%的结构分量,使用寿命可提升5~7倍,刹车力矩平稳,刹车时噪声小。因而,碳刹车盘的问世被认为是刹车资料发展史上的一次重大的技术进步。
碳碳复合资料由于其共同的功能,已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域,如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护体系、飞机刹车盘等。
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