碳/碳復(fù)合材料是指以碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料。作為增強(qiáng)體的碳纖維可用多種形式和種類，既可以用短切纖維，也可以用連續(xù)長纖維及編織物。碳基體可以是通過化學(xué)氣相沉積制備的熱解碳，也可以是高分子材料熱解形成的固體碳。碳/碳復(fù)合材料具有低密度(<2.0g/cm3)、高強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，是如今在1650℃以上應(yīng)用的少數(shù)備選材料，最高理論溫度更高達(dá)2600℃，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高溫材料之一。

碳/碳復(fù)合材料

碳/碳復(fù)合材料的制備工藝主要有化學(xué)氣相法和液相浸漬法。前者是以有機(jī)低分子氣體為前驅(qū)體，后者是以瀝青等熱塑性樹脂或酚醛樹脂等熱固性樹脂為基體前驅(qū)體，這些原料在高溫下發(fā)生一系列復(fù)雜化學(xué)變化而轉(zhuǎn)化為基體碳。其中，化學(xué)氣相法是直接在坯體孔內(nèi)沉積碳，產(chǎn)品的物理機(jī)械陛能比較好，但生產(chǎn)周期較長。液相浸漬法是將碳纖維制成的預(yù)成型體浸入液態(tài)的浸漬劑中，通過固化、碳化、石墨化等一系列過程的循環(huán)，最終得到碳/碳復(fù)合材料。其中，浸漬劑的組成和結(jié)構(gòu)十分重要，不僅影響致密化效率，也影響制品的機(jī)械性能和物理性能。浸漬劑的高黏度和低碳化收率是造成碳/碳復(fù)合材料制備成本較高的重要原因之一。為了得到更好的致密化效果，通常采用兩種方法相結(jié)合，制備具有理想密度的碳/碳復(fù)合材料。

化學(xué)氣相沉積爐

碳/碳復(fù)合材料作為優(yōu)異的熱結(jié)構(gòu)和功能一體化工程材料，自1958年誕生以來，在軍工方面得到了長足的發(fā)展，其中最重要的用途是用于制造導(dǎo)彈的彈頭部件。由于其耐高溫、摩擦性好，目前已廣泛用于固體火箭發(fā)動機(jī)噴管、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件、飛機(jī)及賽車的剎車裝置、熱元件和機(jī)械緊固件、熱交換器、航空發(fā)動機(jī)的熱端部件等。其中，目前，固體火箭發(fā)動機(jī)噴管和剎車盤是碳/碳復(fù)合材料的兩大主要應(yīng)用領(lǐng)域。

火箭發(fā)動機(jī)噴管

在固體火箭發(fā)動機(jī)噴管上的應(yīng)用，碳/碳復(fù)合材料自20世紀(jì)70年代首次作為固體火箭發(fā)動機(jī)(SRM)喉襯飛行成功以來，極大地推動了SRM噴管材料的發(fā)展。采用碳/碳復(fù)合材料的喉襯、擴(kuò)張段、延伸出口錐，具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓，可大大提高SRM的比沖，噴管效率可提高l％～3％。在剎車領(lǐng)域，碳/碳復(fù)合材料剎車盤的實(shí)驗(yàn)性研究于1973年第一次用于飛機(jī)剎車。目前，一半以上的碳/碳復(fù)合材料用作飛機(jī)剎車裝置。碳/碳復(fù)合材料制作的飛機(jī)剎車盤重量輕、耐溫高、比熱容比鋼高2.5倍；同金屬剎車材料相比，可節(jié)省40％的結(jié)構(gòu)重量，使用壽命可提升5～7倍，剎車力矩平穩(wěn)，剎車時噪聲小。因此，碳剎車盤的問世被認(rèn)為是剎車材料發(fā)展史上的一次重大的技術(shù)進(jìn)步。

碳/碳復(fù)合材料自20世紀(jì)60年代發(fā)明以來，就受到軍事、航空航天、核能以及許多民用工業(yè)領(lǐng)域的極大關(guān)注。然而，由于碳/碳復(fù)合材料制造工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大，原材料價格昂貴，產(chǎn)品成本長期居高不下，其用途仍然限制在一些工作條件苛刻的部位，以及其它材料不能替代的航空航天和軍事領(lǐng)域。目前在碳/碳復(fù)合材料研究領(lǐng)域，最需要解決的問題是：研究高效、低成本、快速制備工藝方法；研究能在1800℃以上長期使用的抗氧化涂層；研究高性能耐燒蝕碳/碳復(fù)合材料并應(yīng)用于固體火箭喉襯材料；改進(jìn)碳/碳復(fù)合材料的摩擦磨損性能，使之更加滿足于剎車材料的應(yīng)用。
（文章來源于：新材料導(dǎo)讀）