碳纤维金属复合材料

碳纤维金属复合材料是处于研制阶段的一种新型高级复合材料,碳不易被金属润湿,在高温下容易生成金属碳化物,所以这种材料的制作比较困难。现在主要用于制作熔点较低的金属或合金碳纤维复合材料。在碳纤维表面镀金属,制成了碳纤维铝基复合材料。当温度接近于金属的熔点时还可保持高的弹性模量,在600℃高温下仍能保持其强度。

基本概念用碳纤维和铝锡合金制成的复合材料,是一种减摩性能比铝锡合金更优越,强度更高的高级轴承材料。碳纤维增强铝合金复合材料不仅具有较高的强度和弹性模量,更重要的是改善了金属的高温性能。即有较高的高温强度和模量,在温度较高时有较好的尺寸稳定性,因此提高了零件的使用温度。同时还具有较好的机械加工性能和连接性能,不会老化等优点。已用于卫星、宇航方面的结构件。但由于碳纤维与金属界面的润湿性差,碳纤维中的碳在高温时极易与铝生成脆性的碳化铝,因而降低了结合强度,所以尚有许多生产技术问题有待研究。1

碳纤维金属复合材料应用碳纤维金属复合材料常用的碳纤维金属复合材料有碳纤维增强铝基复合材料和碳纤维增强铜基复合材料。碳纤维增强铝基复合材料的比强度和比模量高,高温强度高,减摩性和导电性好,主要用于制造飞机蒙皮、螺旋桨、航天飞机外壳等碳纤维增强铜基复合材料的强度高,导电性和导热性好,耐磨性高,在一定温度范围内的尺寸稳定性好,主要用于制造高负荷的滑动轴承、集成电路的电刷和滑块等。2

碳纤维复合材料按基体不同,碳纤维增强复合材料可分为碳纤维树脂复合材料、碳纤维碳复合材料、碳纤维金属复合材料和碳纤维陶瓷复合材料等。

碳纤维一碳复合材料它是以碳或石墨作基体,用碳纤维或石墨纤维增强的新型特种工程材料。它能承受极高的温度和加热速度,用作烧蚀防热材料。在航天、航空中用于制造导弹鼻锥、飞船的前缘、超音速飞机的制动装置等。例如,已被用在航天飞机的超高温部位和大型火箭的喷管上(喷管口部的工作温度超过3000℃)。1

碳纤维-陶瓷复合材料陶瓷一类的无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点,但是抗机械冲击、抗热震性能较差,“脆性”是致命的弱点。用碳纤维与陶瓷组成复合材料能大幅度地提高断裂功和抗热震性能,改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保护了碳纤维,使它在高温下不受氧化,因而具有很高的高温强度和弹性模量。如碳纤维增强的氮化硅陶瓷可在1400℃的温度下长期使用,可用作喷气飞机的涡轮叶片。又如我国研制的碳纤维增强石英陶瓷复合材料,抗冲击强度比纯烧结石英陶瓷大40倍,抗弯强度大5~12倍,比强度、比模量有成倍的提高,能承受1200~1500℃的高温气流的冲击,是一种很有前途的新型复合材料。1

碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料多以环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等为基体材料,其密度小,强度高,弹性模量大,比强度和比模量高,抗疲劳性能优良,耐冲击性、耐磨性及耐蚀性好,导热性好;但碳纤维与基体的结合力低,各向异性表现明显。碳纤维树脂复合材料的应用广泛,特别是在航空航天工业中,如宇宙飞船的航天器的外层材料,人造卫星和火箭的机架、壳体,精密机器的齿轮、轴承、活塞、密封圈,化工容器和零件等。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学