碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

冯志海，李同起，杨云华，杨晓光，李秀涛，徐樑华，吕春祥

(1.航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076)(2.北京化工大学，北京100029)(3.中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原030001)

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

冯志海1，李同起1，杨云华1，杨晓光1，李秀涛1，徐樑华2，吕春祥3

(1.航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076)(2.北京化工大学，北京100029)(3.中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原030001)

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题，论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征，及其力学性能和热物理性能的高温演变规律，揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中，碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。

碳纤维;烧蚀防热;复合材料;碳/碳

1 前言

碳纤维是碳/碳烧蚀防热复合材料的关键原材料，由碳纤维构成的织物预置体是此复合材料成型的骨架。在碳/碳复合材料成型过程中，有机前躯体(包括沥青、树脂、烷烃/烯烃等)经过反复多次致密化进入到纤维预制体中形成基体碳。在这个过程中碳纤维与基体碳经历反复的高温、高压作用，它们的结构、成分和表面特征都会不断发生变化，最终形成可用于烧蚀防热的致密型碳/碳复合材料。……