碳纖維增強基複合材料

纖維增強基複合材料是由碳纖維織物增強碳或石墨化的樹脂（包括瀝青）碳以及化學氣相沉積碳所形成的複合材料，簡稱碳-碳複合材料。

碳複合材料的特性主要表現在力學性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個方面。

（1）密度低（1.7g/cm3左右）在承受高溫的結構中，它是最輕的材料；高溫的強度好，在2200oC時可保留室溫強度；有較高的斷裂韌性，抗疲勞性和抗蠕變性；而且拉伸強度和彈性模量高於一般的碳素材料，纖維取向明顯影響材料的強度，在受力時其應力-應變曲線呈現“假塑性效應”即在施載入荷初期呈線性關係，後來變成雙線性關係，卸載后再載入，曲線仍為線性並可達到原來的載荷水平。

（2）熱膨脹係數小，比熱容高，能儲存大量的熱能，導熱率低，抗熱衝擊和熱摩擦的性能優異。

（3）耐熱燒蝕的性能好，熱燒蝕性能是在熱流作用下，由於熱化學和機械過程中引起的固體材料表面損失的現象，通過表層材料的燒蝕帶走大量的熱量，可阻止熱流入材料內部, C-C材料是一種升華-輻射型材料。

碳材料的優異的力學性能和熱物理性能，使它廣泛的應用於核反應堆，固體火箭噴管，熱交換器和制動盤。而C-C材料的熱燒蝕性能廣泛應用於燒蝕型防熱材料。如：用於火箭的噴管喉襯和遠程導彈頭錐；其次，在電子電器工業可作電極板，醫療中可作人工心臟瓣膜閥體。

它以碳纖維或碳纖維織物為增強體，以碳或石墨化的樹脂作為基體。

複合以後的這種材料在高溫下的強度好，高溫形態穩定，升華溫度高，燒蝕凹陷性，平行於增強方向具有高強度和高剛性，能抗裂紋傳播，可減震，抗輻射。

碳複合材料的成型加工技術包括碳纖維的坯體製造、碳基體的製造和基體與纖維的複合。

首先，將碳纖維或碳纖維織物製成坯體，根據原料形式不同分為：長纖維纏繞法；碳氈短纖維模壓或噴射成型；石墨布疊層。目前，其坯體研製以三向織物為主，三向織物以X、Y、Z方向互成90o正交排列，各方向的碳纖維在織物中保持准直，因此能較好的發揮纖維的力學性能。

其次，製作複合材料的基體。碳-碳複合材料的基體有樹脂碳和熱解碳兩種，樹脂碳是由合成樹脂或瀝青經碳化和石墨化獲得，熱解碳是由烴類氣體的氣相沉積獲得。

最後，把坯體與基體複合成型。

方法有兩種

一、把來源於煤油和石油的熔融的瀝青在加熱加壓的條件下浸漬到碳纖維坯體的結構縫隙中，然後使其熱解，再反覆浸漬-熱解直到複合材料達到要求密度。

二、通過氣相化學沉積法在熱的基質材料上形成高強度熱解石墨。

目前，碳-碳複合材料的發展立足於新工藝、新設備的研製與發展，努力降低生產成本，而且努力地想辦法克服自身的缺點。如：碳-碳複合材料的抗氧化的性能差，目前改善的方法有：浸漬樹脂時加入抗氧化劑；氣相沉碳時加入其它抗氧化元素等等。碳-碳複合材料還有其它固有的缺點，如在加工方面製造加工的周期太長、可塑性太差、成本太高，這些不足之處在以後的發展中將會得到解決。