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碳碳材料加工过程是怎么样的?

  碳/碳(简称C/C)复合材料是碳纤维增强碳基复合材料,由碳纤维和碳基体组成。它们不仅具有碳-石墨材料的固有性质,如低密度(理论密度为2.2g/cm,实际密度通常为1.75 ~ 2.10g/cm);而且具有一系列有益的力学和热力学性能:高温高强度、高模量、良好的断裂韧性、耐磨性和抗热震性、低热膨胀系数等。因此,C/C复合材料是碳-石墨材料家族中最好的材料。目前已广泛应用于航天飞机端盖和机翼前缘、洲际导弹端部和头锥、火箭发动机喷管、飞机刹车盘等热防护系统。这表明碳/碳复合材料的制备过程包括:碳纤维及其结构的选择;碳前驱体的选择;碳/碳复合材料坯体的成型工艺:坯体致密化技术、工序间加工和最终产品等。

1、碳纤维的选择

   一般来说,CF的性能会随着C/C复合材料的制备过程而发生变化,加工温度会影响纤维的性能,尤其是非石墨化纤维的性能。总之,纤维的选择主要取决于纤维的成本、织物结构、性能和工艺稳定性。  

   碳纤维纱束的选择和纤维织物结构的设计是制造C/C复合材料的基础。通过合理选择纤维类型和织物编织参数,如纱束排列取向、纱束间距、纱束体积含量等。可以改变C/C复合材料的力学和热物理性能,以满足产品的性能要求。常用的CF有三种,分别是人造丝CF、聚丙烯腈(PAN)CF和沥青CF,它们分别由原丝人造丝、聚丙烯腈(PAN)和沥青制成。聚丙烯腈(PAN)CF是应用最广泛的CF,而低成本的沥青基CF正在开发中。在国内已经研发成功,但尚未进入市场。CF也可分为高强度CF(HT)和高模量CF(HM)。前者强度高,后者弹性模量高。纤维的选择主要基于所设计的复合材料的用途和工作环境。用于增强C/C复合材料的纤维种类很多,重要结构选用高强高模纤维。如果需要低热导率,则选择低模量CF,如粘胶基CF。


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