制備C/C復(fù)合材料的方法主要有兩種:化學(xué)氣相法(CVD或CVl)和液相浸漬碳化法。前者以有機(jī)低分子氣體為前驅(qū)體，后者以熱塑性樹脂(石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青)或熱固性樹脂(呋喃、糠醛、酚醛樹脂)為基體前驅(qū)體。這些原料在高溫下經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，轉(zhuǎn)化為基體碳。為了獲得更好的致密化效果，通常采用化學(xué)氣相法和液相浸漬-碳化法進(jìn)行復(fù)合材料致密化，以獲得理想密度的C/C復(fù)合材料。

C/C復(fù)合材料是指一種以碳纖維為增強(qiáng)體，碳為基體的復(fù)合材料。碳纖維作為增強(qiáng)材料可以以多種形式和類型使用，包括短切纖維、連續(xù)長(zhǎng)纖維和編織物。各種碳纖維都可以用作C/C復(fù)合材料的增強(qiáng)體。基體可以是通過(guò)化學(xué)氣相沉積制備的熱解碳或通過(guò)聚合物材料熱解形成的固體碳。C/C復(fù)合材料作為碳纖維復(fù)合材料家族中的重要成員，具有密度低、比強(qiáng)度和比模量高、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、斷裂韌性好、耐磨損、耐燒蝕等特點(diǎn)。特別是隨著溫度的升高，它的強(qiáng)度不但不會(huì)降低反而可能增加。是所有已知材料中耐高溫性能最好的材料。因此廣泛應(yīng)用于航天、航空、核能、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。

1.化學(xué)氣相法

化學(xué)氣相沉積(cVD或cVI)是將碳直接沉積在坯體的孔洞中，從而填充孔洞，增加密度。沉淀炭易于石墨化，與纖維的物理相容性好，不會(huì)像浸漬法那樣在再碳化過(guò)程中收縮，但這種方法具有更好的物理機(jī)械性能。但是，在cVD過(guò)程中，如果碳沉積在坯體的表面，它將阻止氣體擴(kuò)散到內(nèi)孔中。表面沉積的碳要用機(jī)械去除，然后再進(jìn)行新一輪的沉積。對(duì)于厚的產(chǎn)品，CVD法也有一定的困難，而且這種方法的周期也很長(zhǎng)。


C/C復(fù)合材料的兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域C/C復(fù)合材料作為一種集熱結(jié)構(gòu)與功能于一體的優(yōu)良工程材料，自1958年誕生以來(lái)，在軍事工業(yè)上取得了巨大的進(jìn)步，而C/C復(fù)合材料最重要的應(yīng)用是制造導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部零件。由于其耐高溫和良好的摩擦性能，已廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)和賽車制動(dòng)器、熱元件和機(jī)械緊固件、熱交換器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件等。

1.固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的應(yīng)用

自20世紀(jì)70年代首次成功用作喉襯以來(lái)，C/C復(fù)合材料極大地促進(jìn)了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管材料的發(fā)展。C/C復(fù)合材料制成的喉襯、擴(kuò)張段和延伸出口錐具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕剖面，可提高噴管效率1% ~ 3%，可大幅提高固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖。喉襯一般采用多維編織的高密度瀝青基C/C復(fù)合材料，增強(qiáng)體多為整體針刺碳?xì)帧⒍嘞蚓幙椀取＃砻嫱扛睸ic以提高抗氧化性和抗侵蝕性。

2.C/C復(fù)合材料剎車盤在剎車領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究1973年首次用于飛機(jī)剎車。目前，超過(guò)一半的C/C復(fù)合材料被用作飛機(jī)剎車。高性能剎車材料要求高比熱容、高熔點(diǎn)和高溫強(qiáng)度，而C/C復(fù)合材料正好滿足這一要求。制成的飛機(jī)剎車盤重量輕，耐高溫，比熱容比鋼高2.5倍。與金屬剎車材料相比，可節(jié)省40%的結(jié)構(gòu)重量。碳剎車盤的使用壽命是金屬底座的5 ~ 7倍，制動(dòng)力矩穩(wěn)定，制動(dòng)時(shí)噪音低。因此，碳剎車盤的問(wèn)世被認(rèn)為是剎車材料史上的一次重要技術(shù)進(jìn)步。目前，法國(guó)歐洲電力、炭素工業(yè)等公司已量產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，英國(guó)鄧祿普公司也已量產(chǎn)C/C復(fù)合材料剎車片，用作賽車、火車、戰(zhàn)斗機(jī)的剎車材料。

3.液體浸漬法-碳化法

液相浸漬法是制備C/C復(fù)合材料的一種重要方法，其設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，適用性廣。它是將碳纖維制成的預(yù)制體浸入液體浸漬劑中，通過(guò)加壓使浸漬劑充分滲入預(yù)制體的間隙，然后經(jīng)過(guò)固化、碳化、石墨化等一系列循環(huán)，最終得到C/C復(fù)合材料。它的缺點(diǎn)是需要反復(fù)的浸漬和碳化循環(huán)來(lái)滿足密度要求。浸漬劑的組成和結(jié)構(gòu)在液相浸漬中至關(guān)重要，它不僅影響致密化效率，而且影響制品的力學(xué)和物理性能。提高浸漬劑的碳化收率和降低浸漬劑的粘度一直是液相浸漬法制備C/C復(fù)合材料需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。浸漬劑粘度高、碳化收率低是C/C復(fù)合材料成本高的重要原因之一。改善浸漬劑的性能不僅可以提高C/C復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，降低其成本，還可以改善C/C復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。C/C復(fù)合材料的碳纖維在空氣中的氧化從360℃開(kāi)始，石墨纖維略好于碳纖維。初始氧化溫度為420℃，C/C復(fù)合材料的氧化溫度約為450℃。C/C復(fù)合材料在高溫氧化性氣氛中易被氧化，氧化速率隨溫度的升高而迅速增加。如果沒(méi)有防氧化措施，C/C復(fù)合材料長(zhǎng)期在高溫氧化環(huán)境中使用必將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，C/C復(fù)合材料的抗氧化處理已成為其制備過(guò)程中不可或缺的一部分。從抗氧化技術(shù)來(lái)看，可以分為內(nèi)部抗氧化技術(shù)和抗氧化涂層技術(shù)。