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碳(C)碳復(fù)合材料(Material)是碳纖維增強(qiáng)碳材料,這種材料物理性能穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng))、耐磨損(零部件失效的一種基本類(lèi)型)、耐高溫、耐蠕變(creep)、耐熱振具有良好的性能,是比比較高端的耐高溫材料(非金屬化合物)。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。這種材料有一種獨(dú)有的性能是在2000攝氏度(℃)的高溫環(huán)境下,自身的力學(xué)性能不會(huì)降低(reduce),甚至?xí)兴鰪?qiáng)。那么碳碳復(fù)合材料在高溫環(huán)境下有哪些性能呢下面新材來(lái)給大家做一下介紹。
所有碳(C)碳復(fù)合材料(Material)的高溫強(qiáng)度(strength)均大于室溫強(qiáng)度.但具體的變化情況(Condition)取決于材料的纖維狀態(tài)、基體結(jié)構(gòu)和熱處理(chǔ lǐ)溫度(temperature)度等。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無(wú)蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。對(duì)單向談?wù)剰?fù)合材料,其強(qiáng)度在1 200℃左右達(dá)到最大,溫度繼續(xù)升高則強(qiáng)度減小。但同時(shí)能觀察到材料發(fā)生輕微的塑性變形,這從模量下降和應(yīng)變?cè)黾涌梢钥闯?。而多向碳碳?fù)合材料則能在更高溫度下保持其力學(xué)性能, 2D碳碳強(qiáng)度隨溫度的升高持續(xù)增加,模量在500-1400℃之間大幅提高,超過(guò)1400℃則變化相應(yīng)比較平緩;若用碳?xì)肿髟鰪?qiáng)體,碳碳復(fù)合材料的強(qiáng)度、模量均先升后降,強(qiáng)度在2200℃左右達(dá)到最大值,模量在1700℃左右達(dá)到其峰值(peak);3D碳碳在各向的纖維包含比重有差別,使得抗拉強(qiáng)度隨溫度的變化趨勢(shì)(trend)(variation tendency)不同,在纖維含量高的方向強(qiáng)度持續(xù)增加,超過(guò)1500℃后增加更快,而在纖維含量較低的方向強(qiáng)度則先提高,至1500℃達(dá)最大值,隨后強(qiáng)度下降。
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在高溫條件下,材料(Material)力學(xué)性能的提高應(yīng)歸因于材料結(jié)構(gòu)的變化,而結(jié)構(gòu)的變化同時(shí)又影響(influence)了材料的應(yīng)力傳導(dǎo)機(jī)制,進(jìn)而改變了材料的破壞(vandalism)機(jī)理。結(jié)構(gòu)的變化主要包括(bāo kuò)兩方面,一是大缺陷的愈合,二是由于纖維、基體熱膨脹(inflate)導(dǎo)致(cause)的應(yīng)力裂紋的閉合。前者使得力學(xué)性能提高,而后者改變了材料的破壞機(jī)制。對(duì)碳碳復(fù)合材料高溫?fù)p傷的研究(research)表明,斷裂(fracture)韌度(Toughness)(即裂紋擴(kuò)展能)隨測(cè)試(TestMeasure)溫度(temperature)提高而增加,原因是高溫條件下缺陷和裂紋的閉合以及纖維與基體、基體與基體間界面結(jié)合加強(qiáng),增加了損傷或裂紋擴(kuò)展的阻力。
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