当前课程知识点:材料学概论 > 第11讲 复合材料和生物材料 > 11.2 增强材料和基体材料 > 11.2.3 碳纤维及C/C复合材料
现在我们讲讲碳碳复合材料
碳纤维
碳碳复合材料是什么意思
就是基体是碳 是石墨
增强纤维是什么
也是碳
可以是碳纤维
可以是什么
也可以是石墨的纤维
石墨纤维碳纤维
都是可以的
也就是说可以石墨化的
也可以不石墨化的
碳纤维
和碳碳复合材料
碳碳复合材料
它有什么好处
刚才我们就讲了
比模量 比强度
耐辐照
抗疲劳
抗冲击
升华温度高
稳定性好
烧蚀以后凸陷小
因此这个碳碳复合材料
在航空航天 导弹卫星
这方面用途是越来越多
越来越多
首先我们看
碳纤维制作方法
碳纤维制作方法
碳纤维的制作方法
它是由单体聚合
纺丝变成原丝
先把纤维有机材料变成丝
变成丝以后
再去做成碳纤维
它是这么个过程
从这个意义上讲
原来单体聚合
聚合要纺丝 要变成原丝
预氧化 预氧丝
或者是碳化 或者石墨化
碳化
实际上是碳丝
石墨化实际上是石墨丝
碳化跟石墨化是不一样的
注意
要石墨化必须得温度相当高
使它晶化 变成石墨晶体
温度一般到两千八九百度
这才行
表面处理上浆
要么得到碳纤维
要么得到石墨纤维
碳纤维 石墨纤维
都是广义的
碳纤维增强所用的这个东西
这套东西在某种意义上
跟石墨的生产有相似之处
石墨 粉末 煅烧
变成粉末把杂质去掉
最后倒上黏结剂 压制成型
压制成型以后
为了增加它的密度
要反复的浸渍
拿沥青 拿石油 沥青
往里浸渍一次再烧一次
浸渍一次烧一次
浸渍一次烧一次
最后密度提到一定程度
再去石墨化去
最后得到的
有碳纤维的制品等等
可以是纤维的形式
也可以是编织物的形式
这是碳纤维的生产工艺过程
这是变成碳纤维了
那么碳纤维怎么变成复合材料
注意
比方说火箭的端头
航天飞机尾喷管
温度都是一千六七百度
甚至一千四五百度
温度很高
除了碳碳复合材料以外
别的是不行
碳碳复合材料是怎么做的
碳碳复合材料是怎么做的
复合材料
刚才我们讲到是碳纤维
碳纤维当然有用了 可以用
还有碳碳复合材料是怎么做的
它的做法跟刚才我们讲的
碳纤维的做法
在某种意义上是相似的
先变成 变成丝 变成织物
织物以后
再把它编织成为
所需要的外形那个形状
到目前为止
还都是有机材料所做的
把这种有机材料
也要经过碳化 石墨化
碳化石墨化的过程当中
不断的增加它的密度
浸渍往里
加胶 加石油 加沥青
浸渍完了以后
就是焙烧
浸渍完了焙烧
焙烧 焙烧几次 四五次
最后它的密度比较高了
高到一定程度
再石墨化去
再石墨化
出来以后
就是碳碳增强的复合材料
它是这么个过程
它是通过化学的过程
得到碳碳复合材料
碳碳复合材料的刹车盘
碳碳复合材料
在飞机刹车片上的应用
固体火箭发动机
壳体
由碳碳复合材料组成的
这是液体火箭和导弹用的材料
头部 尾部 一头一尾
像这些实物我都参观过
而且这个实物
是已经成功运行下来的
回收完了的
它确实效果非常好
这个碳碳复合材料
我们刚才讲的
它的比强度高
比模量高 稳定性好
耐辐照 耐疲劳
耐烧蚀 耐氧化
在高温当中烧蚀以后
它表面的凸陷非常小
非常小
所以对于
固体火箭 导弹
这些用途目前除了
或者是说目前最好的
就是碳碳复合材料
过去钨铼合金
用过钨铼合金
钨铼合金
跟碳碳复合材料
相比它有什么缺点
钨铼合金
比强度 比模量
绝对是不行的呀
比强度 比模量
那差的远
耐氧化 抗疲劳
抗烧蚀 耐辐照
甚至 还隐身
隐身性能也非常好
发射出去了
别人雷达发现不了
碳碳复合材料
钨铼合金
容易被发现
钨铼合金的
比强度 比模量都低
不耐氧化
容易被发现
容易烧蚀等等
因此钨铼合金
基本上现在被淘汰
完全被碳碳复合材料所取代
我们看我们刚才讲的
复合材料
用途太多了
一般的航空用途
电子用途 军用用途
用途是非常多的
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业
-1.2 材料的作用
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料
-1.4 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道
--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业
-2.2 元素周期表反映元素的规律性
--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处
--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属
-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业
-本讲作业--作业
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业
-4.2 金属材料的组织结构
-4.2 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择
--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂
-5.2 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-6.1 粉体材料的性能
--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积
--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性
--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性
--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定
--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定
--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定
-6.1 粉体材料的性能--作业
-6.2 粉体的加工与处理
-6.2 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善
-6.3 粉体的应用--作业
-6.4 纳米材料
-6.4 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型
--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型
--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型
-7.2 坯体成型--作业
-7.3 陶瓷烧结
-7.3 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-7.4 陶瓷材料的结构--作业
-7.5 结构陶瓷
--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02
--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN
-7.5 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达
-7.6 功能陶瓷--作业
-本讲练习--作业
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑
--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型
--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造
-10.1 高分子材料性能与加工--作业
-10.2 胶粘剂和涂料
-10.2 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-11.1 复合材料的定义和分类--作业
-11.2 增强材料和基体材料
-11.2 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系
-12.1 磁性的来源--作业
-12.2 磁性材料的分类
-12.2 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业
-13.2 薄膜制备——PVD法
-13.2 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业