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1.碳/碳復(fù)合材料的界面
界面是復(fù)合材料極其重要的微觀結(jié)構(gòu)。作為增強體和基體之間的“橋梁”，它對復(fù)合材料的物理力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。復(fù)合材料一般由增強相、基體相及其中間相(界面相)組成，每種相都有自己獨特的結(jié)構(gòu)、性能和功能。增強相主要起承載作用，而基體相主要起連接增強相和基體的作用，界面是連接增強相和基體的橋梁，也是應(yīng)力傳遞者。
在理想的復(fù)合材料中，界面相應(yīng)具有以下功能:傳遞載荷——界面相應(yīng)具有足夠的強度來傳遞載荷，調(diào)節(jié)復(fù)合材料中的應(yīng)力分布；緩解層作用——相應(yīng)的界面可以緩解界面處的熱應(yīng)力；阻隔功能——相應(yīng)的界面可以阻止元素的擴散和阻礙有害的化學(xué)反應(yīng)，減少纖維的化學(xué)損傷；抗氧化-界面相可以在纖維周圍形成屏障，阻止氧氣在高溫下與纖維接觸，有效保護纖維。松散粘結(jié)層-適度界面結(jié)合的作用，既能傳遞載荷，又能及時釋放粘結(jié)劑(解離)，使延伸至界面的基體裂紋沿解離的界面層偏轉(zhuǎn)。碳/碳復(fù)合材料中常用的界面包括熱解碳、熱解石墨、六方BN、純氧化物和復(fù)合氧化物(如稀土硅酸鹽、氧化鋁、二氧化硅和二氧化硅)。常用的纖維涂層工藝包括直接法和間接法。通過直接方法的涂層材料在涂覆之前和之后不經(jīng)歷化學(xué)變化，例如物理氣相沉積。間接涂層材料是通過化學(xué)合成或涂層過程中的轉(zhuǎn)變制成的，例如化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠、前驅(qū)體裂解和原位合成。
2.形成坯體
生坯成型是指根據(jù)產(chǎn)品的形狀和性能要求，將CF預(yù)成型為所需結(jié)構(gòu)形狀的坯體，以進一步致密化C/C復(fù)合材料。
碳/碳復(fù)合材料的制備過程包括:碳纖維及其結(jié)構(gòu)的選擇；基體碳前體的選擇；碳/碳復(fù)合材料坯料成形技術(shù):生坯致密化過程、中間過程和最終產(chǎn)品加工等。
3.碳纖維的選擇
碳纖維紗束的選擇和纖維織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計是制造C/C復(fù)合材料的基礎(chǔ)。通過合理選擇纖維類型和織物編織參數(shù)，如紗束排列取向、紗束間距和紗束體積含量，可以改變C/C復(fù)合材料的力學(xué)和熱物理性能，以滿足產(chǎn)品性能的要求。
常用的CF有三種，分別是人造絲CF、聚丙烯腈(PAN)CF和瀝青CF，它們分別由原絲人造絲、聚丙烯腈(PAN)和瀝青制成。聚丙烯腈(PAN)CF在CF中應(yīng)用廣泛，而低成本的瀝青基CF正在開發(fā)中，國內(nèi)已開發(fā)成功，但尚未進入市場。碳纖維還可分為高模量碳纖維(HM)和高強度碳纖維(HT)。前者具有高強度，而后者具有高彈性模量。纖維的選擇主要基于所設(shè)計的復(fù)合材料的用途和工作環(huán)境。用于增強C/C復(fù)合材料的纖維種類很多，重要結(jié)構(gòu)選用高強高模纖維。如果需要低導(dǎo)熱系數(shù)，選擇低模量碳纖維，如粘膠基碳纖維..
一般來說，CF的性能會隨著C/C復(fù)合材料的制備過程而變化，加工溫度會影響纖維的性能，尤其是未經(jīng)石墨化的纖維。總之，纖維的選擇主要取決于纖維的成本、織物結(jié)構(gòu)、性能和工藝穩(wěn)定性。
