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碳碳復合材料行業(yè)現(xiàn)如今要面臨的幾個要點任務(wù)

1 降低成本

     C/C 復合材料有“黑色黃金”之稱，采用CVI工藝制備的C/C復合材料(密度＞1.75 g/cm3 )成本高達3~4萬元/kg。其高昂價格主要來自兩方面原因：一是 碳纖維預制體價格高；二是生產(chǎn)周期長。在碳纖維預制體方面，高強高模碳纖維主要依賴進口，國際上碳纖維份額大部分被日本掌控，對于我國碳纖維相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了較大的阻礙。降低原絲成本、提高碳纖維質(zhì)量以及開發(fā)不同需求的產(chǎn)品是我國碳纖維行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

    在C/C復合材料生產(chǎn)方面，傳統(tǒng)CVI法制備C/C復合材料需要1000~2000h的致密化時間，且表面結(jié)殼嚴重，需要多次高溫處理及表層去殼處理。雖然開發(fā)出多種新型CVI制備工藝，可明顯縮短致密化時間，但存在工藝適應(yīng)性不強、復雜形狀難成型和大批量生產(chǎn)等問題，因此，進一步 提高CVI工藝致密化效率、推動高效致密化工藝的工程化應(yīng)用是關(guān)鍵。

2 提高性能穩(wěn)定性

    影響C/C復合材料制備的因素很多，碳纖維規(guī)格、預制體結(jié)構(gòu)、CVI設(shè)備尺寸、致密化溫度、壓力、氣體流量、氣體停留時間、氣流的分布和走向、熱傳質(zhì)方式、冷卻溫度及速率、氣體初始溫度等均會對材料微觀結(jié)構(gòu)及性能產(chǎn)生影響。另外，在批量生產(chǎn)中，產(chǎn)品形狀和批次的不同，對應(yīng)的工藝參數(shù)和工裝夾具也不同，這些影響因素若控制不當或控制不夠精確，都會使C/C復合材料性能產(chǎn)生很大的分散性，導致材料在服役過程中性能的不穩(wěn)定。

    因此，需要從密度均勻性、基體織構(gòu)調(diào)控、界面結(jié)構(gòu)控制、工藝規(guī)范化等方面入手，針對C/C復合材料構(gòu)件形狀及性能的要求，在預制體質(zhì)量、熱處理工藝、致密化工藝、模具設(shè)計、石墨化、基體改性及熱防護涂層等方面制定嚴格的工藝規(guī)范，優(yōu)化制備方法，確保在同一工藝條件下不同時間、不同批次生產(chǎn)制品的組織結(jié)構(gòu)均勻和性能的穩(wěn)定。

3 提高抗氧化燒蝕性能

    現(xiàn)代高技術(shù)武器裝備的發(fā)展對C/C復合材料高溫性能提出了很高的要求，如面向航空發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)部件及高超聲速飛行器熱防護部件的抗氧化抗燒蝕C/C復合材料的研制，需要在＞1600 ℃熱力氧耦合條件下長時間穩(wěn)定服役，此方面很多關(guān)鍵技術(shù)仍需要攻關(guān)。盡管國內(nèi)在基體改性及防護涂層研究方面取得了突出成果，但還需解決大尺寸異型復雜構(gòu)件表面涂層均勻性及穩(wěn)定性、全溫域防氧化等問題，涂層在不同服役環(huán)境下的適應(yīng)性及其修復也是C/C復合材料抗氧化研究面臨的挑戰(zhàn)。

4 性能檢測標準、評價體系與相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立

    目前我國C/C復合材料的制造單位主要采用企業(yè)標準進行材料性能的檢測，其中部分檢測標準源自陶瓷材料或樹脂基復合材料的國家標準或美國、歐洲標準，由于不同材料本質(zhì)特性的不同，測試標準和評價體系存在差異。另外，不同單位采用的測試標準也不一致，造成C/C復合材料性能數(shù)據(jù)無法橫向比較和共享。尤其對于航空發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)材料、航天熱防護材料、新型武器裝備熱結(jié)構(gòu)件用C/C復合材料，相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立至關(guān)重要。建立普適的、統(tǒng)一的測試標準、評價體系和相關(guān)數(shù)據(jù)庫，是C/C復合材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待突破的另一個關(guān)鍵問題。更多碳碳復合材料信息可查看http://sunkanghua.cn