碳碳复合材料介绍

碳‑碳（C/C）复合材料介绍

碳‑碳复合材料（C/C 复合材料），是以碳纤维织物/碳纤维预制体作为增强骨架，热解碳、沥青碳或许树脂碳作为基体，悉数由碳元素构成的先进超高温复合材料。通过CVI化学气相渗透、树脂浸渍碳化重复细密化、高温石墨化等多道凌乱工艺制备而成，是现在慵懒环境下概括功用顶尖的高温结构‑功用一体化材料。

一、中心功用特征

1. 超高温力学功用优异:真空、慵懒气氛条件下可接受2000‑3000℃高温，不熔化、不软化；差异于一般材料高温强度下滑，碳‑碳复合材料高温下强度不降乃至有所跋涉。有氧工况可镀SiC抗氧化涂层，跋涉有氧运用温度。

2. 轻质高强，抗热震才华超卓:密度仅1.4‑1.8g/cm³，约为钢的 1/4；比强度远高于石墨与高温合金。碳纤维骨架能够阻滞裂纹扩展，接受剧烈冷热交变冲击，重复升降温不易开裂、崩块，抗热震功用远优于等静压石墨。

3. 热膨胀系数极低，规范稳定性好:热膨胀系数趋近于零，上千次高温循环，形变量极小，适合对规范一同性要求苛刻的烧结、钎焊、热场工况，不简略呈现工装变形导致工件作废的问题。

4. 高纯洁净，化学稳定性强:高纯等第碳‑碳复合材料放气量极低，杂质分出少，耐熔融金属、酸碱腐蚀，不会污染半导体、电子陶瓷、功率器件等精细工件，适配真空烧结、懈怠焊、钎焊洁净出产环境。

5. 导热导电、自润滑:具有超卓导热导电才华，受热均匀；外表自带碳材料自润滑特性，脱模顺利，不易刮伤工件。

与一般等静压石墨对比

石墨：易加工、本钱适中；但高温强度下降、抗热震差，急冷急热简略开裂。适合型腔凌乱、中小循环次数的烧结石墨模具。

C/C碳‑碳：强度高、抗热震、寿数长；加工难度大、刀具磨损快、本钱更高，凌乱微细型腔加工受限。适合大载荷、高频次冷热循环、长寿数工装、载板、热场构件。

二、首要制备工艺

1. 预制体制备：碳纤维织构成布、叠层或三维织造，构成碳纤维骨架；

2. 细密化增密：化学气相渗透CVI，或许沥青/树脂浸渍‑碳化循环，不断填充骨架孔隙；

3. 高温石墨化处理：2000℃以上高温石墨化，跋涉材料导电导热、纯度；

4. 后处理：机加工、抗氧化涂层、纯化处理等。

三、作业运用场景

1. 半导体与电子制作

真空烧结载板、钎焊治具、懈怠焊工装、功率器件烧结托盘；碳化硅器件、电子陶瓷、磁性元件高温承载工装；半导体炉体热场配件，低释气，保证器件良率。

2. 光伏作业

直拉单晶炉热场：导流筒、保温筒、埚托、承载盘、紧固件。比较石墨，大幅跋涉热场运用寿数，减少掉渣污染硅料风险。

3. 粉末冶金、热处理、真空炉

高温烧结托盘、热压工装、热处理夹具；接受一再出炉急冷急热，减少工装替换频次，下降停机损耗。

4. 航空航天

飞机碳‑碳刹车盘、火箭喷管喉衬、飞行器热防护构件、真空热试验工装，轻量化耐高温烧蚀抖音百科。

5. 新能源

氢能、锂电高温热处理工装，高温坩埚构件等。

四、材料短板

1. 原材料及细密化周期长，全体本钱明显高于一般石墨；

2. 材质对刀具磨损大，微细槽、纤细螺纹等凌乱精细型腔加工难度高，简略呈现纤维分层；

3. 无涂层状态下，有氧环境逾越400℃开端氧化损耗，有氧工况有必要配抗氧化涂层，只适合真空/慵懒气氛长时间运用。

五、选型参看

优先选用C/C碳‑碳：工装接受大载荷；一再快速升降温、上千次热循环；工装规范较大，不允许开裂变形；寻求超长运用寿数，减少换件停机。

优先选用高纯等静压石墨：需求凌乱微细型腔、小孔、螺纹；预算有限，循环次数中等；需求极高纯度，且结构精细的烧结石墨模具。

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