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第六章 C/C复合材料
定义：C/C复合材料是以碳（或石墨）纤维及其织物为增强材料，以碳（或石墨）为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。
C/C复合材料发展；
C/C复合材料的特性；
C/C复合材料的原材料；
C/
T-50-221-44为三向正交细编C/C复合材料
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C/C用组分材料选择
C/C用碳纤维选择
C/C的基体前驱体
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C/C用碳纤维选择
1）碳纤维碱金属等杂质含量越低越好
C/C的一个重要用途是耐烧蚀材料，钠等碱金属是碳的氧化催化剂；
当C/C用来制造飞行器烧蚀部件时，飞行器飞行过程中由于热烧蚀而在尾部形成含钠离子流，易被探测和跟踪，突防和生存能力受到威胁。
制造C/C的碳纤维碱金属含量要求<100mg/kg，目前黏胶基碳纤维和PAV基碳纤维（特别是石墨纤维）碱金属含量均满足要求。碱金属含量<50mg/kg的超纯碳纤维的研制也正在进行中。
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2）对性能要求
采用高模量中强或高强中模量碳纤维制造C/C不仅强度和模量的利用率高，而且具有优异的热性能。
例如：选用HM（高模量型）MP（中间相）或MJ系列纤维由于发达的石墨层平面和较好的择优取向，抗氧化性能不仅优于通用的乱层石墨结构碳纤维，而且热膨胀系数小，可减小浸渍碳化过程中产生的收缩以及减少因收缩而产生的裂纹，使整体的综合性能得到提高。
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3）对碳纤维表面处理及界面特性的要求
碳纤维表面处理对C/C有显著的影响
未经表面处理的碳纤维，两相界面粘接薄弱，基体的收缩使两相界面脱粘，纤维不会损伤；当基体的裂纹传播到两相界面时，薄弱界面层可缓冲裂纹传播速度或改变传播方向，或界面剥离吸收掉集中的应力，从而使碳纤维免受损伤而充分发挥其增强作用，使C/C强度提高。
未经表面处理的碳纤维和石墨纤维更适宜制造C/C复合材料。
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C/C的基体前驱体
C/C的基体材料有热解碳和浸渍碳两种。
热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；
浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂，
沥青：主要采用天然沥青和煤沥青；
树脂：采用热固性树脂或热塑性树脂，常用热固性树脂—酚醛、呋喃、糠醛、糠醇和聚酰亚胺等，热塑性树脂—聚醚醚酮、聚芳基乙炔、聚苯并咪唑等。其中用量最大的是酚醛和呋喃类树脂。
比较：沥青浸渍碳—产碳率较低，但易于石墨化，生成的碳电阻率低、热导率高、模量高，最终生成各向同性的石墨；树脂浸渍碳—产碳率高，但难以石墨化，且电阻率高、热导率低，最终生成各向异性的石墨。
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基体前驱体组成及碳收率
前驱体中的含碳量和热解碳收率是评价前驱体优劣的两个重要指标
表6-3 基体前驱体及其组成
表6-4 基体前驱体含碳量及热解碳收率
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C/C复合材料的成型技术
C/C复合材料制备：液体浸渍分解法和气相沉积法
碳纤维预制体
浸渍热固性树脂
碳化、石墨化
C/C复合材料
化学气相沉积法
通入C、H化合物气体
加热分解、沉积
液体浸渍分解法
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预制体的制备
碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。
二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；
三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；
多向编织物：编织成四、五、七、十一向增强的预制体，使其接近各向同性。
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预制体和碳基体的复合
碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。
渗碳方法：液态浸渍热分解法、化学气相沉积法。
基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。
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一、 液体浸渍分解法
1）浸渍用基体的先驱体选择：选择先驱体时应考虑下列特性-黏度、碳收获率、碳的微观结构和晶体结构。通常有热固性树脂和沥青两大类。其中常用的有酚醛树脂和呋喃树脂以及煤焦油沥青和石油沥青。
热固性树脂：经热解其碳的质量转化率为50%～60%；
沥青：常压下产碳率为50%左右，在10MPa氮压和550℃下产碳率可高达90%。
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2）低压浸渍
预制件的浸渍：通常在真空下进行，有时为保证树脂或沥青渗入所有空隙也需施加一定压力。
固化及碳化：若先驱体为树脂需先固化，然后碳化。碳化在惰性气氛中进行，温度范围为650～1100℃；
石墨化：为提高模量有必要进行石墨化，通常在惰性气氛炉中进行，温度范围2600～2750 ℃。
低压浸渍很难得到高致密度的C/C，～，空隙率约为8～10%。
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3）高压浸渍
PIC工艺：浸