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碳碳复合材料发展时期到了哪个地步?

  C/C 复合材料创造于 1958 年, C/C 复合材料一呈现, 就以其杰出的功能惹起世界各国的普遍注重, 一些工业发达国家纷繁投入少量的人力、 物力、 财力, 致力于这种材
料的研讨和开发, 从而促使其功能不时进步, 使用范围日益扩展。 三十多年来, C/C 复合资料在材质、 制备工艺、 功能、 以及工程使用等方面都获得了长足的停顿, 可以划分
为四个开展阶段。

  第1阶段, 七十年代中期到八十年代中期为先进的 C/C 复合材料时期。 C/C 复合资料的各项研讨进一步深入开展, 坯体织物的结构设计及多向织物加工技术的成熟, 成功地处理了 C/C 复合材料的各向异性成绩, 并经过正确选取和设计加强织物以满足复杂构造的需求。 人们对 C/C 复合材料的力学性能、 物理性能、 抗氧化功能及制备工艺停止了少量细致的研讨, 树立了丰厚的数据库。 开端将 C/C 复合材料用于多元喷管及新一代高推比涡轮发动机[21], 并进一步拓宽了 C/C 复合材料飞机刹车盘的使用, 先后在数十种军、 民用飞机中采用碳刹车盘, 并将 C/C 复合材料的使用从宇航扩展到了民用。 由于C/C 复合材料具有良好的生物相容性, 八十年代初期, 国内外还展开了 C/C 复合材料在生物使用上的开发, 诸如天然心脏瓣膜、 天然骨关节等陆续投入使用。

  第2阶段, 八十年代中期到如今, 为 C/C 复合材料片面推广应用时期。 由于前三个阶段在研讨与使用各方面获得了普遍的实际、 实践经验, 为此时期的开发和使用向广度和深度开展提供了根底。 这一时期的次要目的是进步 C/C 复合材料功能, 降低成本,为此人们对其致密化技术停止了深化的研讨。 美国达信特种资料疾速致密化(RD)工艺,使制备 C/C 复合材料刹车盘的工夫增加了 100 倍, 这项专利可以在 8h 内消费出直径33cm 的刹车盘。通常用 CVD 法需求上千小时致密坯体, 而且碳很容易堆积在坯体外表,影响外部碳的堆积量。 美国佐治亚理工大学在美国空军的支持下改良制备 C/C 复合材料的办法, 研讨了强迫气体活动/热梯度气体渗入法, 使 C/C 复合材料的堆积速率进步了30 倍。

  第3阶段, 从 C/C 复合材料的创造到六十年代中期为开发阶段。 人们看法到, 要制备出高性能的 C/C 复合材料, 首先要有高性能的 CF, 因而这个阶段可以说是 CF 研制的活泼时期。 1958 年, 美国 Union Carbide 公司用人造丝(再生纤维素)及其织物停止了CF 及碳织物的工业生产, 并以商品方式出售产品。 1959 年, 进藤昭男用纯聚 PAN 纤维制得了 CF。 六十年代初, 大谷杉郎用聚氯乙烯热解失掉的沥青, 经熔融纺丝, 再经空气中不熔化和惰性氛围中碳化, 制得了 CF[18]。1964 年英国皇家航空研究所(RAE)的 Watt等人, 在预氧化进程中对纤维施加张力, 为制取高强度和高模量 CF 开拓了新的途径。随后 Bristol 等公司应用这些技术开端消费聚丙烯腈 CF。 与此同时, 人们对 C/C 复合材料的制备工艺停止了少量的研讨, 开展了 C/C 复合材料的表征办法及各种检测手腕。 在使用方面, 美法等国制定了“运载火箭资料方案”、“为 C/C 喷管寻找机会方案” 等一系列以 C/C 复合材料为根底的使用开发计划。

  第4阶段, 六十年代中期到七十年代中期, 随着 C/C 复合材料开发研讨的逐渐深入, 进入了工程研讨阶段。 1969 年日本东丽公司研讨成功特殊的共聚 PAN 纤维, 并结合美国 Union Carbide 公司的碳化技术, 消费出高强度、 高模量的 CF, 无力地推进了 C/C复合材料的开展。 人们逐渐开展了 C/C 复合材料的编织技术, 并大力发展了其致密化工艺, 1966 年, LTV 空间公司已将 C/C 复合材料用于阿波罗宇宙飞船控制舱光学仪器的热防护罩和 X‐20 飞行器的鼻锥, 1971 年桑迪亚试验室制备的 C/C 复合材料飞行器再入头锥已成功地取得使用。 1974 年英国 Dunlop 公司的航空分公司初次研制出了 C/C 复合材料飞机刹车盘, 并在协和号超音速飞机上试飞成功, 使每架飞机分量可以加重 544kg,刹车盘的使用寿命进步了 5~6 倍。


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