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碳碳复合材料是最有发展前途的高温材料

碳/碳复合材料是指以碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料,具有低密度、高强度、高模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点,是如今在1650℃以上应用的少数备选材料,最高理论温度更高达2600℃,因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。

碳/碳复合材料

碳/碳复合材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,这些原料在高温下发生一系列复杂化学变化而转化为基体碳。

化学气相沉积炉

其中,化学气相法是直接在坯体孔内沉积碳,产品的物理机械性能比较好,但生产周期较长。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/碳复合材料,生产工艺较简单,但产品致密性不强影响其物理性能。为了得到更好的致密化效果,通常采用两种方法相结合,制备具有理想密度的碳/碳复合材料。

火箭发动机喷管

碳/碳复合材料作为优异的热结构和功能一体化工程材料,自诞生以来在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件等。

飞机碳刹车预制件

目前,固体火箭发动机喷管和刹车盘是碳/碳复合材料的两大主要应用领域。其中一半以上的碳/碳复合材料用于飞机刹车装置。碳/碳复合材料制作的飞机刹车盘重量轻、耐温高、比热容比钢高2.5倍;同金属刹车材料相比,可节省40%的结构重量,使用寿命可提升5~7倍,刹车力矩平稳,刹车时噪声小。因此,碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的一次重大的技术进步。

(来源:新材料导读)

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