基本概念
用碳纖維和鋁錫合金製成的複合材料,是一種減摩性能比鋁錫合金更優越,強度更高的高級軸承材料。碳纖維增強鋁合金複合材料不僅具有較高的強度和彈性模量,更重要的是改善了金屬的高溫性能。即有較高的高溫強度和模量,在溫度較高時有較好的尺寸穩定性,因此提高了零件的使用溫度。同時還具有較好的機械加工性能和連線性能,不會老化等優點。已用於衛星、宇航方面的結構件。但由於碳纖維與金屬界面的潤濕性差,碳纖維中的碳在高溫時極易與鋁生成脆性的碳化鋁,因而降低了結合強度,所以尚有許多生產技術問題有待研究。
碳纖維金屬複合材料套用
碳纖維金屬複合材料常用的碳纖維金屬複合材料有碳纖維增強鋁基複合材料和碳纖維增強銅基複合材料。碳纖維增強鋁基複合材料的比強度和比模量高,高溫強度高,減摩性和導電性好,主要用於製造飛機蒙皮、螺旋槳、太空梭外殼等碳纖維增強銅基複合材料的強度高,導電性和導熱性好,耐磨性高,在一定溫度範圍內的尺寸穩定性好,主要用於製造高負荷的滑動軸承、積體電路的電刷和滑塊等。
碳纖維複合材料
按基體不同,碳纖維增強複合材料可分為碳纖維樹脂複合材料、碳纖維碳複合材料、碳纖維金屬複合材料和碳纖維陶瓷複合材料等。
碳纖維一碳複合材料
它是以碳或石墨作基體,用碳纖維或石墨纖維增強的新型特種工程材料。它能承受極高的溫度和加熱速度,用作燒蝕防熱材料。在航天、航空中用於製造飛彈鼻錐、飛船的前緣、超音速飛機的制動裝置等。例如,已被用在太空梭的超高溫部位和大型火箭的噴管上(噴管口部的工作溫度超過3000℃)。
碳纖維-陶瓷複合材料
陶瓷一類的無機材料在耐熱、抗氧化、耐磨、耐腐蝕、電性能等方面有很多突出的優點,但是抗機械衝擊、抗熱震性能較差,“脆性”是致命的弱點。用碳纖維與陶瓷組成複合材料能大幅度地提高斷裂功和抗熱震性能,改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保護了碳纖維,使它在高溫下不受氧化,因而具有很高的高溫強度和彈性模量。如碳纖維增強的氮化矽陶瓷可在1400℃的溫度下長期使用,可用作噴氣飛機的渦輪葉片。又如我國研製的碳纖維增強石英陶瓷複合材料,抗衝擊強度比純燒結石英陶瓷大40倍,抗彎強度大5~12倍,比強度、比模量有成倍的提高,能承受1200~1500℃的高溫氣流的衝擊,是一種很有前途的新型複合材料。
碳纖維樹脂複合材料
碳纖維樹脂複合材料多以環氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯等為基體材料,其密度小,強度高,彈性模量大,比強度和比模量高,抗疲勞性能優良,耐衝擊性、耐磨性及耐蝕性好,導熱性好;但碳纖維與基體的結合力低,各向異性表現明顯。碳纖維樹脂複合材料的套用廣泛,特別是在航空航天工業中,如宇宙飛船的太空飛行器的外層材料,人造衛星和火箭的機架、殼體,精密機器的齒輪、軸承、活塞、密封圈,化工容器和零件等。
