1.碳/碳复合材料

碳/碳复合材料是以碳纤维或碳纤维制品(毡、布、织物)为增强体的多相碳基复合材料，是1958年美国 Chance Vought 航空公司检测碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维含量时偶然发现的。碳/碳复合材料从偏光显微镜的尺度观察由四部分组成，即：碳纤维、基体碳、碳纤维/基体碳的界面层、孔隙和显微裂纹。

2.碳/碳复合材料的性能

碳/碳复合材料具有其他材料无法比拟的一系列优异性能，主要表现在物理性能、力学性能及摩擦磨损性能等方面。

(1) 物理性能

主要包括体密度、热膨胀系数及热导率等。碳/碳复合材料的体密度一般在 1.5~2.0 g·cm-3之间(受纤维体积含量、制备工艺等因素影响)，仅为钢密度的 1/4~1/5，镍基高温合金的 1/4，陶瓷材料的 1/2。低密度复合材料可以更好地满足许多装备轻型化的要求，降低其运行成本。如使用碳/碳刹车盘后，可以使波音747-400飞机质量减轻816.5 kg。复合材料的热膨胀系数一般为0.5~1.5×10-6/℃，且随着石墨化程度的提高而降低。碳/碳复合材料的导热系数在 7~22 W·m-1·K-1(温度 100-1300 K)之间，且随着温度的升高而增大，满足刹车副所需性能要求。

(2)力学性能

碳/碳复合材料具有优异的力学性能。据相关文献报道，在密度为 1.65 g·cm-3时，复合材料的弯曲强度可达 300 MPa, 拉伸强度达到 330 MPa，层间剪切强度达 17 MPa。并且其高温力学性能极佳。在非氧化气氛条件下温度升高至 2200℃，复合材料强度不仅不降低，甚至比室温时还高，且在使用过程中不会出现变形、粘结现象，因此适用于各种高温用途。

3.碳/碳复合材料的应用

(1)在军事领域的应用

碳/碳复合材料应用于导弹弹头。对于导弹弹头的端头帽(鼻锥)，工作条件极其严酷，不仅要求材料在使用环境中烧蚀量低，同时希望它具有吸波能力和抗核爆辐射性能，碳/碳复合材料以耐烧蚀，低密度，导热好，抗热冲击和热震性好等成为生产鼻锥的最佳材料。

碳/碳复合材料在军事领域的另一重要应用是作为固体火箭发动机喷管材料，自试验成功以来，极大地推动了发动机喷管材料的发展。采用碳/碳复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥，具有极低的烧蚀率，可提高喷管效率1%～3%。

(2)在航空航天方面的应用

到目前为止，碳/碳复合材料绝大部分应用于飞机的刹车盘。碳/碳复合材料质量轻、耐高温、具有优异的摩擦磨损性能，制动吸收能量大等特点，表明是一种理想的摩擦材料。使用寿命是金属基刹车盘的 5～7 倍，刹车力矩平稳，可安全起降3000次以上。除在飞机刹车装置中做刹车盘外，碳/碳刹车片还用于赛车、火车等刹车装置。

由于碳/碳复合材料优异的高温力学性能，人们将其开发为高温结构材料，其中最主要的应用是航空发动机。提高航空发动机热端部件的工作温度是实现飞机高速飞行的关键。碳/碳复合材料的高温性能及低密度等特性，有可能成为工作温度达 1500℃-1700℃的航空发动机理想轻质材料。

(3)在生物医学方面的应用

碳与生物体之间极好的相容性，使之适宜制成生物构件插入到活的生物机体内做整形材料，如人体骨骼、关节、心脏瓣膜、颅盖骨补块和牙床等。因人在行走过程中关节处受力是不同方向的，不同部位将选择不同类型的碳纤维预制体，因此根据其受力特征设计碳/碳复合材料人造髋关节。

(4)在其他方面的应用

除了上述主要应用外，碳/碳复合材料还应用于直拉单晶硅、制作高温紧固件、热压模具、加热元件、核反应堆中用于制造无线电频率限幅器等。

以上梳理了碳/碳复合材料的定义、性能及应用，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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