[科普中国]-碳纤维陶瓷复合材料

陶瓷一类的无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点，但是抗机械冲击、抗热震性能较差，“脆性”是致命的弱点。用碳纤维与陶瓷组成复合材料能大幅度地提高断裂功和抗热震性能，改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保护了碳纤维，使它在高温下不受氧化，因而具有很高的高温强度和弹性模量。如碳纤维增强的氮化硅陶瓷可在1400℃的温度下长期使用，可用作喷气飞机的涡轮叶片。又如我国研制的碳纤维增强石英陶瓷复合材料，抗冲击强度比纯烧结石英陶瓷大40倍，抗弯强度大5-12倍，比强度、比模量有成倍的提高，能承受1200-1500℃的高温气流的冲击，是一种很有前途的新型复合材料。

简介碳纤维陶瓷复合材料是由石墨纤维和陶瓷复合而成的，其密度低，高温强度和弹性模量很高，耐磨性、耐蚀性和韧性良好。例如，碳纤维增强氮化硅陶瓷可在1 400℃长期工作；碳纤维增强石英陶瓷的韧性比纯烧结石英陶瓷大40倍，抗弯强度大5～12倍，能承受1200-1500℃气流的冲击等。

碳纤维陶瓷复合材料主要作为高温材料和耐磨、耐蚀材料，如喷气飞机的涡轮叶片等。1

研究情况2005年8月，德国《世界报》报道，德国航空航天中心一个研究小组，发明一种碳纤维耐热陶瓷瓦，有望解决美国航天飞机耐热陶瓷瓦脱落的难题。

碳纤维增强耐高温陶瓷瓦，是确保航天飞机飞行安全的重要部件，近日升空的美国发现者号航天飞机上，就有2.5万多块耐热陶瓷瓦。陶瓷瓦在进入大气层时经历高温摩擦，会出现大片脱落，是造成航天飞机事故甚至机毁人亡悲剧的重要原因。美国宇航局一直在致力改善耐热陶瓷瓦的性能，但至今仍未取得突破性进展。

德国研究小组采用一种新的制造工艺，使生产的碳纤维增强碳化硅陶瓷瓦，可以反复经受1700℃的高温，并具有很强的抗冲击性和耐化学性。新型陶瓷瓦的另一突出优点是，在大尺寸下性能稳定，没有裂纹。新型陶瓷瓦，在2005年6月中旬，俄罗斯发射的联盟号飞船火箭上首次使用，取得理想的效果。 目前，美国宇航局对这种新型陶瓷瓦很感兴趣，已在美国新研制的“X-38”空天飞机上进行过试验。这种新型碳纤维增强陶瓷，还被一些汽车制造商看好，可用于制造刹车系统中的耐高温陶瓷刹车片。2

其他用途碳纤维用于纤维增强复合材料中的增强材料，复合材料中的基体可以用高聚物树脂、金属、陶瓷、无定形碳等!碳纤维与高聚物树脂的复合材料具有质量轻、强度高、耐高温等特性，是飞机、舰艇、宇宙飞船、火箭、导弹等壳体的重要材料。碳纤维与陶瓷的复合材料具有强度高、耐磨损的特点。碳纤维与无定形碳的复合材料具有耐高温、耐烧蚀，是导弹、火箭、喷火喉管及飞机等刹车盘的重要制造原料。同时，利用其导电性能而制成的导体材料和防电磁辐射材料也有许多用途。另外，碳纤维在建筑、交通、运输工程中也有应用。目前，全世界碳纤维的总生产能力已达到5万吨/年。3

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学