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   淺談碳碳復(fù)合材料及其的運(yùn)用

     高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管出口錐也逐漸趨向于使用碳/碳材料,可延伸錐則基本上都使用碳/碳材料,多數(shù)是以人造絲為前驅(qū)體的2D 碳/碳,典型的發(fā)動(dòng)機(jī)是美國(guó)的“星”系列上面級(jí),已進(jìn)行了數(shù)百次實(shí)際飛行。這種編織物層間剪切強(qiáng)度低,與喉襯間要通過3D 碳/碳連接件進(jìn)行連接,并由3D 碳/碳件提供所需的剛度。

    降低成本是碳/碳材料普及應(yīng)用的一個(gè)重要因素,主要是致密工藝的改進(jìn)。目前已開發(fā)的強(qiáng)制熱梯度化學(xué)氣相滲透工藝、快速致密工藝、等離子氣相沉積工藝,以及使用新型高殘?zhí)悸蕵渲膀?qū)體等均顯示了較好的效果。此外,降低成本還可以從提高工藝質(zhì)量入手,美國(guó)大湖復(fù)合材料財(cái)團(tuán)通過精確控制預(yù)制增強(qiáng)件的碳棒直徑,使固體發(fā)動(dòng)機(jī)碳/ 碳噴管編織工藝時(shí)間縮短11% ,成本降低15%～20%。

   整體式喉襯----入口段組件(ITE) ,繼后還開發(fā)了整體式喉襯----出口錐組件(ITEC) 。當(dāng)前先進(jìn)的碳/ 碳喉襯密度為1.87g/cm3～1.97g/cm3 ; 環(huán)向拉伸強(qiáng)度75 MPa～115MPa ;燒蝕率取決于燃燒室壓強(qiáng)及推進(jìn)劑等因素,一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕率范圍為0.20 mm/s～0.34 mm/s ,二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為0.13 mm/s～0.19 mm/s ,三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為0. 08 mm/ s～0.13 mm/s。大部分喉襯預(yù)制增強(qiáng)件采用3D 和4D 編織成型,由微機(jī)控制的自動(dòng)織機(jī)完成,精度已相當(dāng)高。美國(guó)主要使用3D 編織碳/ 碳,用軟編織或混合編織法成型,法國(guó)則比較多使用4D碳/ 碳,剛性棒編織,各束互成夾角70. 5°,纖維體積分?jǐn)?shù)可達(dá)68% ,因此性能更高些。 

 
碳/碳復(fù)合材料展望

   C/C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C/C復(fù)合材料制造工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大，原材料價(jià)格昂貴，產(chǎn)品成本長(zhǎng)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C/C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1 800℃以上長(zhǎng)期使用的抗氧化涂層；研究高性能耐燒蝕C/C復(fù)合材料并應(yīng)用于固體火箭喉襯材料；改進(jìn)C/C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。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://www.2333666.cn