什么是碳碳复合材料？

投稿专栏 • 2022年10月30日 13:59 • 阅读 5760

1950 年代后期碳纤维的可用性导致了现在称为碳-碳 (C/C) 复合材料的改进材料的开发。这些复合材料是由碳（或石墨）基体组成的材料家族，该基体用碳（或石墨）纤维增强。因此，碳的吸引力与复合材料的高强度、多功能性和韧性相结合。C/C 系列的独特之处在于它是唯一的元素复合材料。

碳-碳复合材料的范围从简单的单向纤维增强结构到复杂的编织 3 维结构。现在可用的各种碳纤维和多向编织技术允许定制 C/C 复合材料以满足复杂的设计要求。通过选择纤维类型、叠层（或纤维编织）、基体和复合材料热处理，这些特性可以适用于不同的应用。

在 1960 年代初期，碳-碳复合材料被开发用于高温航空航天应用，例如鼻锥和火箭喷嘴。这些复合材料可以定制为比其他工程金属合金更高的强度和刚度，并且与金属不同，可以在高温下保持这些性能，如图 1 所示。

然而，这些材料的制造成本很高，这限制了它们目前主要用于航空航天和军事应用。因此，成本的降低将通过提高碳产量来实现。从实现 50% 碳产率的环境压力增加到 100MPa 时，碳产率提高到 90%。这是高压碳化和热解的基础，TWI 和其他公司正在研究这项技术。