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碳纤维增强陶瓷基复合材料
陶瓷具有优异的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性,广泛应用于工业和民用产品。它的弱点是对裂纹、气孔和夹杂物等细微缺陷很敏感。
而碳纤维增强陶瓷基复合材料(CMC-Cf)在克服陶瓷材料脆性的同时,发挥了其比强度高、耐高温性能优异等优点,同时碳纤维作为增强相,实现了复合材料的轻量化并具有优良的力学性能、抗磨损性能和热传导性能,成为高温结构材料的研究热点。此法的优点是工艺装备简单,手工完成比较复杂的操作,能加工出形状复杂的零件,适用于小批量生产。目前,CMC-Cf的基体主要有碳、碳化硅、微晶玻璃以及多元多层复合材料等。然而CMC-Cf在温度高于400℃时,一旦与氧化介质接触,碳纤维将被氧化,性能迅速下降,影响材料的整体性能和使用寿命。碳纤维增强复合材料的发展及应用
前言
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。碳纤维具有十分优异的力学性能,是目前已大量生产的*纤维中具有的比强度和的比模量的纤维,特别是在2000℃以上的高温惰性环境中,碳材料是强度不下降的物质,是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和
金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性。它比重不到钢的1/4,但强度却非常强。而且其耐蚀性出类拔萃,是新一代增强纤维。碳纤维广泛用于民用、建筑、二:碳纤维复合材料的原料
1.碳纤维的常用品种
碳纤维品种分类有四种:一是按原丝分子分类,有PAN基、沥青基、黏胶基三类;二是按性能分类,有通用、标准、高强高模、高导热、活性等碳纤维;三是按应用领域分类,有航空用、工业用的碳纤维;四是按应用于复合材料基体分类,有树脂基用、金属基用、陶瓷基用、C\C用碳纤维。1拉挤工艺它是发展速度较快的一种成型工艺,即纤维通过树脂槽浸渍树脂后进入加热模具固化,制成各种各样不同形状的型材。
2.纤维编织布
碳纤维编织布适应一些特殊制品的需要而发展起来的,例如的端头帽、飞机的刹车片,它们不能用简单的纤维迭层方法制造,否则有些方向强度太低。2004年后,由于美国波音787和欧洲空客380投入生产,需要大量碳纤维,导致国际碳纤维市场供不应求,价格暴涨,对我国碳纤维复合材料产业造成冲击。一种简易的编制布是X-Y方向正交的方格和斜纹布。更复杂的是三方向、四方向、七方向和九方向的编织物,那是根据特殊设计要求而制造的,没有商品。编制平面部即可用于结构件,优点是制品工艺过程形态稳定,又可用于装饰品,得益于它漂亮的花纹。应用3K斜纹布制作汽车排气筒和汽车控制台面就为美观。
的技术支撑,国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维关键技术。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大,其中碳纤维技术更是被西方国家垄断和。
碳纤维及其复合材料的应用领域
类别
应 用
领 域
利用碳纤维的特性
航天航空
飞机
一次结构材料;主翼、尾翼、机体
二次结构材料;辅翼、方向舵、升降舵
内装饰材料:舵底板、行李架、厕所、座椅
制动刹车盘、刹车片
隐身材料:结构隐身材料
轻量化、耐疲劳、耐热性
宇宙
:抛物面天线、太阳能电池梁、壳体结构材料,航天飞机:机翼、头锥、刹车盘
耐磨损、导热性
、火箭
喷管、发动机罩、防热材料、仪器舱、发射筒
轻量化、耐烧蚀、耐热
其他
宇宙空间站、发电站、太空望远镜
轻量化、尺寸稳定性、耐热
文体器材
钓具
网拍类
高尔夫球
其他
钓竿、滑轮
网球拍、羽毛球拍
高尔夫球杆、棒头
冰球棒、滑雪板、自行车、、赛艇、游艇、划艇、
水上划艇、、乒乓球拍、冰球鞋
轻量化、刚敏感性,
吸能减震性
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