C/C復合材料是指以炭纖維或其織物為增強相,以化學氣相滲透的熱解炭或液相浸漬-炭化的樹脂炭、瀝青炭為基體組成的一種純炭多相結構。它源于1958年,美國Chance-Vought公司由于實驗室事故,在炭纖維樹脂基復合材料固化時超過溫度,樹脂炭化形成C/C復合材料。
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炭/炭(C/C)復合材料是一種新型高性能結構、功能復合材料,具有高強度、高模量、高斷裂韌性、高導熱、隔熱優(yōu)異和低密度等優(yōu)異特性,在機械、電子、化工、冶金和核能等領域中得到廣泛應用,并且在天、空和國防領域中的關鍵部件上大量應用。我國對C/C復合材料的研究和開發(fā)主要集中在天、空等高技術領域,較少涉足民用高性能、低成本C/C復合材料的研究。目前整體研究還停留在對材料宏觀性能的追求上,對材料組織結構和性能可控性、可調性等基礎研究還相當薄弱,難以滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對高性能C/C復合材料的需求。因此,開展高性能C/C復合材料的基礎研究具有重大的科學意義和社會、經(jīng)濟效益。
產品應用領域
?加壓燒結?燃料燃氣技術?化學加工?醫(yī)療技術?絕緣技術?太陽能技術?水晶技術?熱處理?高壓燒結模具?高溫緊固件?表和型材?STC-TCS轉換器和單晶硅生長爐零件?耐高溫部件的火箭發(fā)動機?飛機碳剎車?PECVD爐
具體應用
1、剎車領域的應用
C/C復合材料剎車盤的實驗性研究于上世紀1973年{dy}次用于飛機剎車。目前,一半以上的C/C復合材料用做飛機剎車裝置。高性能剎車材料要求高比熱容、高熔點以及高溫下的強度,C/C復合材料正好是贏了這一要求,制作的飛機剎車盤重量輕、耐高溫、比熱容比鋼高2.5倍,同金屬剎車相比,可節(jié)省40%的結構重量。碳剎車盤的使用壽命是金屬的5~7倍,剎車力矩平穩(wěn),剎車時噪音小,因此碳剎車盤的問世被認為是剎車材料發(fā)展史上的一次重大的技術進步。目前法國歐洲動力、碳工業(yè)等公司已經(jīng)批量生產C/C復合材料剎車片,英國鄧祿普公司也已大量生產C/C復合材料剎車片,用于賽車、火車和戰(zhàn)斗機的剎車材料。
2、先進飛行器上的應用
導彈、載人飛船、天飛機等 ,在再入環(huán)境時飛行器頭部受到強激波, 對頭部產生很大的壓力,其最苛刻部位溫度可達2760℃,所以必須選擇能夠承受再入環(huán)境苛刻條件的材料。設計合理的鼻錐外形和選材,能使實際流入飛行器的能量僅為整個熱量1%~10%左右。對導彈的端頭帽,也要求防熱材料在再入環(huán)境中燒蝕量低,且燒蝕均勻對稱,同時希望它具有吸波能力、抗核爆輻射性能和全天候使用的性能。三維編織的 C/ C復合材料,其石墨化后的熱導性足以滿足彈頭再入時由160 ℃至氣動加熱至1700 ℃時的熱沖擊要求,可以預防彈頭鼻錐的熱應力過大引起的整體破壞;其低密度可提高導彈彈頭射程,已在很多戰(zhàn)略導彈彈頭上得到應用。除了導彈的再入鼻錐,C/ C 復合材料還可作熱防護材料用于天飛機。
3、固體火箭發(fā)動機噴管上的應用
C/ C復合材料自上世紀70 年代首次作為固體火箭發(fā)動機(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 C/ C 復合材料的喉襯、擴張段、延伸出口錐,具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓,可提高噴管效率1 %~3%,即可大大提高了SRM 的比沖。喉襯部一般采用多維編織的高密度瀝青基C/ C復合材料,增強體多為整體針刺碳氈、多向編織等,并在表面涂覆SiC以提高抗氧化性和抗沖蝕能力。美國在此方面的應用有:①“民兵2Ⅲ”導彈發(fā)動機第三級的噴管喉襯材料; ②“北極星”A27 發(fā)動機噴管的收斂段;③MX 導彈第三級發(fā)動機的可延伸出口錐(三維編織薄壁 C/ C 復合材料制品)。俄羅斯用在潛地導彈發(fā)動機的噴管延伸錐(三維編織薄壁 C/ C復合材料制品) 。
4、C/ C 復合材料用作高溫結構材料
由于 C/ C 復合材料的高溫力學性能,使之有可能成為工作溫度達1500~1700 ℃的空發(fā)動機的理想材料,有著潛在的發(fā)展前景。
5、渦輪發(fā)動機
C/ C復合材料在渦輪機及燃氣系統(tǒng) (已成功地用于燃燒室、導管、閥門) 中的靜止件和轉動件方面有著潛在的應用前景,例如用于葉片和活塞,可明顯減輕重量 ,提高燃燒室的溫度 ,大幅度提高熱效率。
6、內燃發(fā)動機
C/ C復合材料因其密度低、優(yōu)異的摩擦性能、熱膨脹率低,從而有利于控制活塞與汽缸之間的空隙,目前正在研究開發(fā)用其制活塞。
產品特性
?低密度(1.45-1.7 G/CM3)
?纖維方向的熱膨脹系數(shù)低,在高溫情況不會變得很脆
?高抗熱震性
?無熱循環(huán)載荷下的壓力
?很好的抗蠕變性
?良好的化學穩(wěn)定性
?可調的電氣和熱性能,依賴于纖維增強材料和熱處理
?可以在溫度高達2800度使用,在真空下或惰性氣體也能使用
?良好的導電性能
?各向異性;
?彎曲和拉伸強度好,導電性和熱傳導性的材料具有不同的值
?導熱系數(shù)低
東莞市捷誠石墨制品有限公司重點開發(fā)_配件、玻璃熱彎_、C/C復合材料、同向性石墨、純化石墨、復合石墨、抗氧化高溫涂料和超大規(guī)格的特種石墨等新型炭材料。主要有燃料電池雙極板、電解和腐蝕箔陽極板、高溫爐熱場系統(tǒng)、熔煉坩堝和燒結舟皿、機械軸承和密封、電火花(EDM)模具、石墨制防腐設備等多個系列的終端產品。并以該領域的豐富實踐經(jīng)驗和科研成果,提供各種應用解決方案,滿足客戶各種不同工況條件的功能需要。產品廣泛應用于有色冶金、機械電子、石油化工、空天、新能源等領域,遠銷歐美、北非和中東等海外市場。
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