碳基复合材料在各领域中的应用.ppt

                         碳基复合材料在各领域中的应用.PPT碳基复合材料在机械工程中的应用碳基复合材料,及其性质、用途碳基复合材料在各领域中的应用碳基复合材料的发展趋势与前景。顾名思义,碳基复合材料就是以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体,以碳为基体的复合材料。碳基复合材料的定义碳基复合材料的简介碳/碳复合材料是六十年代发展起来约一种新型耐高温材料,它是由增强碳和基体碳所组成的多相材料。增强碳可以是不同类型的碳(或石墨)纤维及其织物。在碳/碳复合材料中起着骨架和增强剂的作用。基体碳起粘接作用,目前的基体碳可以是树脂碳、沥青碳和沉积碳。碳/碳复合材料目前在国外已经被公认是高级载入飞行器鼻锥和固体火箭发动机喷营等关键部位最理想的耐烧蚀、防热材料。碳/碳复合材料的工程应用也日趋成熟。现己用于美国民兵Ⅲ洲际导弹弹头,全碳/碳化的火箭发动机喷管也成功地通过了试验。碳基复合材料的性质比重小;化学稳定性高;耐热性好(非氧化性气氛);导电、导热性能好;耐腐蚀性好。碳基复合材料的优缺点碳基复合材料的应用航天技术方面在航天飞机机翼和尾翼的前缘由于使用了碳/碳材料.大大地减轻了航天飞机的重量。全碳/碳化固体火箭发动机喷管是今后的发展方向。碳/碳材料还可以制作液体火箭发动机的喷喉。在卫星和飞船上还大量地用碳/碳材料制作热防护罩,航空工业方面英、美、法等国家制造的碳/碳刹车盘,为飞机提供了磨擦制动,能控制飞机在地面运动的方向和速度。碳/碳刹车盘不仅用于高性能的军用飞机,并已投入民用航线使用,如:协和号飞机。这种刹车盘比钢刹车盘强度高,刚性好,可以节省约50%的重量,操作安静,着陆次数可提高5-6倍。在医疗上的应用已经用碳/碳复合材料制成了人工心瓣膜。碳基复合材料在各领域中的应用碳/碳复合材料是一种新型高温材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优异性能。该材料的密度不到2.0g/cm3,仅为镍基高温合金的1/4,陶瓷材料的1/2,尤其是这种材料随着温度升高(可达2200℃)其强度不仅不降低,甚至比室温还高,这是其它材料所无法比拟的独特的性能。碳/碳复合材料的研制工作,可追溯到20世纪60年代初。1961年在日本首先用聚丙烯***(PAN)原丝制成高性能碳纤维。1963年英国的研究人员发明用牵引法提高纤维结构的取向,进一步提高了碳纤维的强度和弹性模量。到60年代末,提高碳纤维性能和生产效率的办法日趋完善。高强度、超高强度、高模量和高强中模量的碳纤维形成规模生产并开始商品化。碳纤维年耗量(2004年10月德国汉堡国际碳纤维会议)近年来,美、俄、法等国家又开发了许多混杂其它材料的新型碳/碳材料,以满足不同的特殊使用要求:在碳/碳材料中混入Si3N4、SiC、TiC、TaO、TaC等粉末,以提高碳/碳材料抗粒子侵蚀性能。更新的弹头鼻锥防热材料是针刺细编织物在穿刺或编织过程中加入改进性能的组分,如耐熔金属丝、耐侵蚀粒子等,这样可大大改进抗粒子侵蚀性能,达到“全天候”的目的。此外,四向或更多向碳基复合材料也是研制发展的方向,由于采用了交错网络结构和增加了增强方向数,不仅增加了各向同性、提高了抗侵蚀能力,也改进了耐烧蚀性。1.航天航空航空领域的材料体系更强调性能与可靠性的综合,先进复合材料的应用不仅具有减重的效益,而且还使飞机结构的其他性能得到提升。例如复合材料的气动剪裁技术可显著提高结构效率;整体成形技术可有效减少连接,提高结构可靠性,降成本;复合材料耐腐蚀抗疲劳特点可降低维护成本。随着新一代航空航天器向高超声速方向的发展,苛刻的超高温服役环境对材料及结构的承载与防热提出了严峻考验,碳/碳复合材料是适应这种需求的重要候选材料。碳/碳复合材料从碳纤维增强相结构可分为碳毡C/C和多向编织C/C复合材料。作为一种新型战略材料,在美、俄、法、英、日等国家,其研制发展主要由空军、海军或政府预算中给予支持,因此,碳/碳复合材料的国防专用性和强烈的军事背景使其研制和使用具有高度的机密性。碳基防热复合材料主要用于烧蚀防热和热结构,较好地解决了轻质化、抗热震、耐侵蚀等技术难题。