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碳/碳復(fù)合材料發(fā)明于1958年。C/C復(fù)合材料一出現(xiàn)，就以其優(yōu)異的性能引起了全世界的關(guān)注。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家在這種材料上投入了大量的人力、物力和財力。材料的研發(fā)促進(jìn)了其性能的不斷提高和應(yīng)用范圍的不斷擴大。30多年來，碳/碳復(fù)合體材料在材料、制備技術(shù)、性能和工程應(yīng)用方面都取得了很大進(jìn)展，可以分為有四個發(fā)展階段。
第一階段，從C/C復(fù)合材料發(fā)明到20世紀(jì)60年代中期，是發(fā)展階段。人們意識到制備高性能C/C復(fù)合材料，高性能CF是第一步，所以這個階段可以說是CF發(fā)展?；钴S期。1958年，美國聯(lián)合碳化物公司制造了人造絲(再生纖維素)及其織物。和工業(yè)化生產(chǎn)CF織物，并以商品的形式出售產(chǎn)品。1959年，加藤昭夫使用純聚丙烯腈纖維。參考20世紀(jì)60年代初，Tanichiro Otani使用了通過聚氯乙烯熱解獲得的瀝青，該瀝青被熔融紡絲，然后風(fēng)干。CF[18]通過在氣體中熔化和在惰性氣氛中碳化來制備?；始液娇昭芯克?RAE)的瓦特于1964年以及其他人在預(yù)氧化過程中對纖維施加張力，為制備高強高模碳纖維開辟了一條新的途徑。然后Bristol等公司開始利用這些技術(shù)生產(chǎn)聚丙烯腈CF。同時，人們對C/C復(fù)合材料也很感興趣。人們對C/C復(fù)合材料的制備技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，發(fā)展了C/C復(fù)合材料的表征方法和各種檢測方法。存在在應(yīng)用方面，美國、法國等國家制定了“運載火箭材料計劃”、“尋找C/C噴管機會計劃”等一系列計劃。列出基于C/C復(fù)合材料的應(yīng)用開發(fā)計劃。
第二階段，從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，隨著C/C復(fù)合材料的發(fā)展和研究逐漸深入。進(jìn)入工程研究階段。1969年，日本東麗公司成功研究出特種共聚聚丙烯腈纖維，并將其結(jié)合美國聯(lián)合碳化物公司的碳化技術(shù)，生產(chǎn)出高強度、高模量的CF，有效提升了C/C。復(fù)合材料的發(fā)展。人們逐漸發(fā)展了C/C復(fù)合材料的編織技術(shù)，并大力發(fā)展其重化工業(yè)。1966年，航天公司已將碳/碳復(fù)合材料用于加熱阿波羅飛船控制艙內(nèi)的光學(xué)儀器。以及X‐20飛機帶保護(hù)罩的頭錐，桑迪亞實驗室1971年制造的C/C復(fù)合材料飛機的再入頭。該錐已成功應(yīng)用。1974年，英國鄧洛普公司航空分公司首次研制出C/C復(fù)合材料。使用了飛機剎車盤，在協(xié)和式超音速飛機上試飛成功，使每架飛機重量可減輕544kg。制動盤的使用壽命提高了5~6倍。
第三階段，從20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，是先進(jìn)C/C復(fù)合材料時期。碳/碳復(fù)合材料材料的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展，綠色織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計和多向織物加工技術(shù)的成熟已經(jīng)成為C/C復(fù)合材料的各向異性問題得到了成功解決，通過正確選擇和設(shè)計增強織物滿足了復(fù)雜性。結(jié)構(gòu)的需要。研究了C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能、物理性能、抗氧化性能和制備工藝。做了大量細(xì)致的研究，建立了豐富的數(shù)據(jù)庫。C/C復(fù)合材料將應(yīng)用于多元噴管和新一代噴管。高推重比渦輪發(fā)動機[21]，并進(jìn)一步拓寬了C/C復(fù)合材料飛機剎車盤的應(yīng)用，已使用數(shù)十次。碳剎車盤用于軍用和民用飛機，C/C復(fù)合材料的應(yīng)用從航空航天擴展到民用。因為C/C復(fù)合材料具有良好的生物相容性。80年代初，國內(nèi)外也開展了C/C復(fù)合材料的應(yīng)用。生物應(yīng)用的發(fā)展，如人工心臟瓣膜、人工骨關(guān)節(jié)等相繼投入使用。
第四階段，80年代中期至今，是C/C復(fù)合材料全面推廣應(yīng)用時期。因為前三個這一階段在研究和應(yīng)用的各個方面獲得了豐富的理論和實踐經(jīng)驗，這一時期的發(fā)展和應(yīng)用是廣泛的。為深度和廣度發(fā)展提供了基礎(chǔ)。這一時期的主要目標(biāo)是提高C/C復(fù)合材料的性能，降低成本。因此，人們對其致密化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。達(dá)信在美國的特殊材料快速致密化(RD)工藝，制備C/C復(fù)合剎車盤的時間減少了100倍。這項專利可以在8小時內(nèi)生產(chǎn)直徑。33cm制動盤。通常用CVD法壓實坯體需要幾千個小時，碳很容易沉積在坯體表面。影響內(nèi)部積碳量。佐治亞理工大學(xué)在美國空軍的支持下改進(jìn)了C/C復(fù)合材料的制備。方法:研究了提高C/C復(fù)合材料沉積速率的強制氣流/熱梯度氣體滲透法30次。樹脂法致密化C/C復(fù)合材料的關(guān)鍵是提高樹脂的殘?zhí)柯屎褪?。熱固性樹?jīng)過多次熱解后，樹脂的碳產(chǎn)率為50%~56%。Acallister發(fā)現(xiàn)某些樹脂在800℃時的碳產(chǎn)率。高達(dá)73%。研究證實，在高溫高壓作用下，聚合糠醇轉(zhuǎn)化成的碳會石墨化Mcallister在用酚醛樹脂制備3D C/C復(fù)合材料的過程中也觀察到了這種應(yīng)力石墨化現(xiàn)象，CF周圍的壓應(yīng)力使酚醛熱解碳石墨化，而其他位置的碳基體仍保持玻璃態(tài)。Koto‐sononov等人發(fā)現(xiàn)酚醛樹脂在400~600℃的溫度范圍內(nèi)，外加壓力(48。2MPa)，其熱解碳2300℃以上易石墨化，說明在外壓的同時作用下，分子在400~600℃范圍內(nèi)束縛。該結(jié)構(gòu)移動得更快，導(dǎo)致其沿著石墨晶體的取向方向生長。根據(jù)外壓可以提高瀝青殘?zhí)悸实囊?guī)律，開發(fā)了高壓浸漬-高壓碳化工藝。技能等靜壓用于使浸漬和碳化過程更有效。該過程在熱等靜壓爐中完成。PIC過程不僅可以提高殘?zhí)悸?，減少初始真空浸漬所能填充的孔隙，有效防止瀝青熱解。材料從氣孔中擠出，大大提高了致密化效率。與此同時，各種功能性C/C復(fù)合材料的發(fā)展引人注目，如桑迪亞實驗室開發(fā)的一種蜂窩。
C/C復(fù)合材料不僅重量輕、強度高，而且具有良好的隔熱性能。碳/碳復(fù)合材料抗氧化性能的研究也是一個熱點問題。C/C復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域正從航空航天領(lǐng)域迅速擴展到核能領(lǐng)域。能源、冶金、醫(yī)療、汽車等許多部門。
