碳纖維陶瓷複合材料

陶瓷一類的無機材料在耐熱、抗氧化、耐磨、耐腐蝕、電性能等方面有很多突出的優點，但是抗機械衝擊、抗熱震性能較差，“脆性”是致命的弱點。用碳纖維與陶瓷組成複合材料能大幅度地提高斷裂功和抗熱震性能，改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保護了碳纖維，使它在高溫下不受氧化，因而具有很高的高溫強度和彈性模量。如碳纖維增強的氮化矽陶瓷可在1400℃的溫度下長期使用，可用作噴氣飛機的渦輪葉片。又如我國研製的碳纖維增強石英陶瓷複合材料，抗衝擊強度比純燒結石英陶瓷大40倍，抗彎強度大5-12倍，比強度、比模量有成倍的提高，能承受1200-1500℃的高溫氣流的衝擊，是一種很有前途的新型複合材料。

基本介紹

• 中文名：碳纖維陶瓷複合材料
• 外文名：Carbon fiber ceramic composites
• 優點：耐高溫、強度高
• 套用領域：航空航天

簡介

碳纖維陶瓷複合材料是由石墨纖維和陶瓷複合而成的，其密度低，高溫強度和彈性模量很高，耐磨性、耐蝕性和韌性良好。例如，碳纖維增強氮化矽陶瓷可在1 400℃長期工作；碳纖維增強石英陶瓷的韌性比純燒結石英陶瓷大40倍，抗彎強度大5～12倍，能承受1200-1500℃氣流的衝擊等。

碳纖維陶瓷複合材料主要作為高溫材料和耐磨、耐蝕材料，如噴氣飛機的渦輪葉片等。

研究情況

2005年8月，德國《世界報》報導，德國航空航天中心一個研究小組，發明一種碳纖維耐熱陶瓷瓦，有望解決美國太空梭耐熱陶瓷瓦脫落的難題。

碳纖維增強耐高溫陶瓷瓦，是確保太空梭飛行安全的重要部件，近日升空的美國發現者號太空梭上，就有2.5萬多塊耐熱陶瓷瓦。陶瓷瓦在進入大氣層時經歷高溫摩擦，會出現大片脫落，是造成太空梭事故甚至機毀人亡悲劇的重要原因。美國宇航局一直在致力改善耐熱陶瓷瓦的性能，但至今仍未取得突破性進展。

德國研究小組採用一種新的製造工藝，使生產的碳纖維增強碳化矽陶瓷瓦，可以反覆經受1700℃的高溫，並具有很強的抗衝擊性和耐化學性。新型陶瓷瓦的另一突出優點是，在大尺寸下性能穩定，沒有裂紋。新型陶瓷瓦，在2005年6月中旬，俄羅斯發射的聯盟號飛船火箭上首次使用，取得理想的效果。 目前，美國宇航局對這種新型陶瓷瓦很感興趣，已在美國新研製的“X-38”空天飛機上進行過試驗。這種新型碳纖維增強陶瓷，還被一些汽車製造商看好，可用於製造剎車系統中的耐高溫陶瓷剎車片。

其他用途

碳纖維用於纖維增強複合材料中的增強材料，複合材料中的基體可以用高聚物樹脂、金屬、陶瓷、無定形碳等!碳纖維與高聚物樹脂的複合材料具有質量輕、強度高、耐高溫等特性，是飛機、艦艇、宇宙飛船、火箭、飛彈等殼體的重要材料。碳纖維與陶瓷的複合材料具有強度高、耐磨損的特點。碳纖維與無定形碳的複合材料具有耐高溫、耐燒蝕，是飛彈、火箭、噴火喉管及飛機等剎車盤的重要製造原料。同時，利用其導電性能而製成的導體材料和防電磁輻射材料也有許多用途。另外，碳纖維在建築、交通、運輸工程中也有套用。目前，全世界碳纖維的總生產能力已達到5萬噸/年。