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碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用產(chǎn)品。它的弱點(diǎn)是對(duì)裂紋、氣孔和夾雜物等細(xì)微缺陷很敏感。

而碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料（CMC-Cf）在克服陶瓷材料脆性的同時(shí)，發(fā)揮了其比強(qiáng)度高、耐高溫性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)碳纖維作為增強(qiáng)相，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的輕量化并具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗磨損性能和熱傳導(dǎo)性能，成為高溫結(jié)構(gòu)材料的研究熱點(diǎn)。目前，CMC-Cf的基體主要有碳、碳化硅、微晶玻璃以及多元多層復(fù)合材料等。然而CMC-Cf在溫度高于400℃時(shí)，一旦與氧化介質(zhì)接觸，碳纖維將被氧化，性能迅速下降，影響材料的整體性能和使用壽命。另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使擊球時(shí)間延長,球被擊得更遠(yuǎn)。

遠(yuǎn)比聚腈便宜，在理論上這些差別將使瀝青基碳纖維的成本比聚腈基碳纖維低。然而要制得碳纖維，原料瀝青中的雜質(zhì)等必須完全脫除，瀝青轉(zhuǎn)化為中間相瀝青，這使得瀝青基碳纖維的成本大大增加。實(shí)際上瀝青基碳纖維的成本反而比聚腈基碳纖維高。故目前于只追求性能而不計(jì)成本的數(shù)如宇航部門使用。而在球拍、滑雪板、帆板桅桿、航海船體、壘球及棒球球棒產(chǎn)品中同樣也可以看到碳纖維的身影。

聚腈基碳纖維的生產(chǎn)主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳

化兩個(gè)過程。原絲生產(chǎn)過程主要包括聚合、脫泡、計(jì)量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。碳化過程主要包括放絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。在生產(chǎn)聚腈(PAN)基碳纖維的時(shí)候，被稱為“母體”的聚腈纖維首先要通過聚合和紡紗，然后將這些母體放入氧化爐中在200到300攝氏度進(jìn)行氧化。另外，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000攝氏度間進(jìn)行碳化制成碳纖維。我國從20世紀(jì)60年代后期開始研制碳纖維，歷經(jīng)近40年的漫長歷程。

碳纖維發(fā)展簡史：

1860年，斯旺制作碳絲燈泡

1878年，斯旺以棉紗試制碳絲

1879年，愛迪生以油煙與焦油、棉紗和竹絲試制碳絲（持續(xù)照明45小時(shí)）

1882年，碳絲電燈實(shí)用化

1911年，鎢絲電燈實(shí)用化

1950年，美國Ｗright--Patterson基地開始研制黏膠基碳纖維

1959年，美國ＵＣＣ公司生產(chǎn)低模量黏膠基碳纖維“Ｔhornel—25”，日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所的進(jìn)藤昭男發(fā)明了ＰＡＮ基碳纖維

1962年，日本碳公司開始生產(chǎn)低模量ＰＡＮ基碳纖維（０.５噸/月）