第十二届新型碳材料学术研讨会
本文关键词：新型炭材料，由笔耕文化传播整理发布。
篇一：新型碳材料的发展及应用
新型碳材料的发展及简介
The development trend of Several Kinds of New Carbon
Materials and Introduction
摘要 碳是世界上含量及广的一种元素。碳材料在人类发展史上起着主导的行的作用，应用最为出众的一次就是第二次工业革命。现代对碳材料了的开发及几种新型的碳材料--碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料。
关键词 碳材料 碳纳米管 碳纤维
Abstract Carbon is an element content and worldwide.Carbon materials plays a dominant role in the history of human
development,application of the most outstanding one is the second industrial revolution.Modern on carbon materials development and several kinds of new carbon materials such as C120 and carbon nanotubes,carbon fiber and carbon-related functional materials. Key words carbon materials,carbon nanotubes,carbon fiber 1 前言
碳是世界上含量及广的一种元素。它具有多样的电子轨道特性（SP、SP2、SP3杂化），再加之SP2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性，因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料。具有各式各样的性质。在历史的发展中传统的碳材料包括：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭
材料：金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳，等。其中新型纳米碳材料：富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯，等。
没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质，如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热-良导热、吸光--全透光，等[1]。随着时代的变迁和科学的进步，人们不断地发现和利用碳，可以这么说人们对碳元素的开发具有无限的可能性[2]。
自1989年著名的科学杂志《Science》设置每年的“明星分子”以来，碳的两种同素异构体“金刚石”和“C60”相继于1990年和1991
年连续两年获此殊荣，1996年诺贝尔化学奖又授予发现C60的三位科
学家，这些事充分反映了碳元素科学的飞速发展。但是由于碳元素和碳材料具有形式和性质的多样性，从而决定了碳元素和碳材料人有许多不为人们知晓的未开发部分[2]。
2 国际上新型炭材料的发展趋势
新材料的研究开发包括四方面内容：①新材料的创制；②移植材料的新功能及新性质的发现；③已知材料的改性；④新材料创制和评价技术的开发[3]。近几年人们在新材料的创制方面先后划时代地发明了低温气相生长金刚石、C60和纳米碳管；在材料新发现方面发现了石
墨的插层性质，使锂离子充电电池得以实用化和飞速发展；在材料改性方面提高和改进了石墨电极的性能，使之在超高电流下工作，使电炉炼钢技术出现新的突破；在新材料评价技术方面也有许多进展，如
超高温超高压技术用于碳素新相的探索等。
日、美等发达国家一直对于碳材料的研究十分重视。由于碳材料突出的特性，美国将碳材料定为战略材料之一，充分利用其巨大的国防费用和航天费用，积极进行研究与开发[4~5]。日本最近几十年来在国际上率先在低温气相生长金刚石和纳米碳管[6~8]等方面取得了突破性进展。为了进一步加强这方面的研究与开发，最近几年日本政府先后实施了三个大型研究项目，即“高功能碳素系材料的研究”项目，重点研究金刚石薄膜等作为电子材料和零磨损、无油润滑材料等；“碳材料中功能性微米和纳米空间的创制”项目；“碳合金的创制”研究项目[9~11]。
3 国内新型炭材料的发展趋势
我国碳材料研究与生产起步于解放初期。在前苏联的援助下，首先建设了以生产炼钢用石墨电极为住的吉林碳素厂和以生产电工用碳制品为主的哈尔滨电碳厂。六十年来我国碳素工业从无到有，有了长足的发展。我国碳材料的研究水平从整体上来说落后于美国、前苏联、日本和欧盟等工业国家，但远超于韩国、印度、等国。在某些重要领域我国紧随美，日等发达国家之后，差距并不明显，如C/C复合材料、活性炭纤维、柔性石墨等。
我国从事碳材料研究的科研机构主要有中科院金属所、中科院山西煤化所、中科院物理所、湖南大学、清华大学、北京大学、武汉大学、中科大、西工大、武汉钢铁学院、北京化工大学、天津大学、哈工大、航天总公司西安非金属材料工艺研究所、北京材料工艺研究所
等。我国有两个与碳材料有关的全国性学术性组织—中国电工学会碳—石墨材料专业委员会和中国金属学会碳素材料学会。
4 当前国际几个有关碳素的热点领域
目前，国际上有几个热点领域—碳纳米管、碳素功能材料、碳纤维、柔性石墨、C/C复合材料和二维石墨烯等。
4.1 碳纤维的探索与研究
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维是纤维状的碳材料，由有机纤维原丝在1000℃以上的高温下碳化形成，且含碳量在90%以上的高性能纤维材料。碳纤维主要具备一下特性：密度小、质量轻、碳纤维的密度维1.5-2g/cm3，相当钢密度1/4、铝合金密度的1/2；强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复为100%；热膨胀系数小，导热率随温度的升高而下降，耐骤冷、急热、即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂；摩擦系数小，并具有一定的润滑性；导电性好，25℃时高模量碳纤维的比电阻为775Ω·cm，高强度碳纤维则为1500Ω·cm；当碳纤维
＜10%时，，电阻随碳纤维含量的增加急剧下降；当碳纤维＞10%时，体积电阻的变化趋于平缓，电阻值的下降与碳纤维含量的增加并不成正比[12]；耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不熔化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；耐酸性好，对酸成惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
4.2 碳素系功能材料的研究
在周期表中有以碳元素为中心的元素如B、N、Si等元素组成的材料，我们可以称之为碳素系材料。科学家们逐渐发现碳素系材料在硬度、光学特性、耐热性、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性。导电性、表面与界面特性等方面比其他材料优异，具有广泛的用途，如下表所示[9]：
此外碳素系材料还具有丰富的资源，废弃后不污染环境等突出优点，因而受到材料学界的极大重视。例如随着金刚石、SiC等薄膜合
篇二：新型碳材料及其应用
谈谈新型碳材料
及其应用
谈谈新型碳材料及其应用
碳材料是一种古老而又年轻的材料，即有古老的产品也有现代科学技术进步所创新的产品，而新型碳材料就是由传统的碳材料经过一系列的加工工艺而制的一种新型材料。新型碳材料主要有活性炭、碳纤维、石墨烯、石墨、纳米碳管、金刚石、富勒烯、其他新型碳材料。新型碳材料具有密度小、强度大、刚性好、耐高温、抗化学腐蚀、抗辐射、抗疲劳、高导电、高导热、耐烧蚀、热膨胀小、生理相容性好登一系列优异的特性，是军民两用的新材料，被称为是第四类工业材料。应用于冶金、化工、机械、汽车、医疗、环保、建筑日常生活等领域。特别是航天和核工业部门不可缺少的工程结构材料。新型碳材料的发展和应用对提高军事实力和工业产品是竞争力都是至关重要的，已经成为衡量一个国家科技水平、军事和经济实力是标志之一。
活性炭是被其广泛使用的一种新型碳材料，其又称活性炭黑，是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素，活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。在石化行业，活性炭在无碱脱臭乙烯脱盐水工艺中起到了关键的作用；在电力行业，活性炭被用于电厂水质处理及保护；在化工行业活性炭用于化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制过程中；在食品行业，它被用于饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色、提纯、除臭，在黄金行业，在黄金提取和尾液回收起到至关重要的作用；环保行业，被用于污水处理、
废气及有害气体的治理、气体净化，总之活性炭被其广泛的用于各行各业中。
碳纤维是新型碳材料家族中的又一个典型代表，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。不仅杨氏模量大，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性也出类拔萃。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，可以构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。总之碳纤维是被广泛用于民用，军用，建筑，化工，工业，航天以及超级跑车领域的。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。在纳电子器件方面，利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提高电池容量；也可以应用于许多其他潜在的能源存储领域如超级电容器、电磁炮等。石墨烯可以代替硅生产超级计算机；在光子传感器、基因电子测序和隧穿势垒材料也有重要的用途。
纳米碳管，管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的C是sp2杂化，形成六边形平面的圆柱面。各国都加紧了碳纳米管的应用研究，研制出具备良好储氢性能的碳纳米管和具备初步显示功能的碳纳米管显
示器，并在利用其电子发射性能研制发光器件。但是由于纳米碳管提纯困难，使其没有得到普及，但是在将来其可以作为超级纤维材料、高性能场发射材料、超级电容器电极材料、储氢材料、催化剂材料被广泛应用。
富勒烯是由任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质。富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。富勒烯是一种新发现的工业材质，在将来可以制成无金属电线、富勒烯(非金属)钢筋的建筑物、富勒烯防弹背心、富勒烯汽车壳等，它也是制成非线性光学器件、光导体、超导材料的重要材料，也可以制成抗癌药物的载体、高效催化剂和富勒烯氢化物电池等。
新型碳材料的应用是相当广泛的，我们相信新型碳材料在未来一定会被作为相当重要的材料应用于各行各业中，新型碳材料的发展前景也将是不可估量的，在未来，我们的生活应该是离不开新型碳材料。
篇三：新型炭材料
碳纤维增强炭基复合材料——新型碳材料
摘 要：碳纤维增强炭基复合材料是采用特殊工艺整体制成的隔热材料，具有密度低、导热系数小、碳含量高、节约能源、热室环境洁净等特点，主要适用于多晶硅、单晶硅铸锭炉、真空高压气淬炉、板状加热体及加工各种高温架构件的原材料。
关键词：碳纤维 炭基复合材料发展前景
一、 碳纤维增强炭基复合材料
第九届全国新型炭材料学术研讨会 ，会议汇集论文 1 2 8 篇 ， 分三个分会场进行交流， 内容涵盖了当今新型炭材料研发的各个方面， 代表了自上届研讨会( 2 0 0 7年) 以来我国炭材料研发的最新成果。论文分为七大专题， 其分布为： 炭纤维( 9 ％) 、 多孔炭表面吸附与催化( 1 0 ％) 、 储能材料 ( 2 0 ％) 、 炭基复合材料( 2 5 ％) 、 纳米炭( 1 6 ％) 、 炭材料工业应用( 8 ％) 、 其他( 1 2 ％) 。从论文比例上看， 炭基复合材料、储能材料和纳米炭等仍是当前炭材料学科研发的重点。由此，本文将对炭基复合材料新型碳材料进行研究。
1. 碳纤维增强炭基复合材料是采用特殊工艺整体制成的隔热材料，具有密度低、导热系数小、碳含量高、节约能源、热室环境洁净等特点，主要适用于多晶硅、单晶硅铸锭炉、真空高压气淬炉、板状加热体及加工各种高温架构件的原材料。本项目建设年产200吨碳纤维增强炭基复合材料——硬质碳毡项目，总占地面积64375平方米。
（1）创新点
本项目所使用的高温纯化炉是目前国内最大单体高温纯化设备，其采用卧式单室双开门路型，并配以气动锁圈自动锁紧装置，操作方便，工作可靠。根据使用要求，对致密化的碳纤维增强炭基复合材料进行高温热处理。
（2）预期目标
产品可广泛应用于航天航空工业、军事工业以及工模具行业、硬质合金行业、粉末冶金行业、特殊及有色金属合金的熔炼和铸造行业，产品使用温度1500—2600℃。
（3）市场分析
目前，国内对碳/炭复合材料板材主要依靠日本、德国进口，需求逐年上升，本项目产品填补国内空白，是太阳能电池、集成电路板所需高纯硅生产过程中所必须使用的保温材料，具有不可替代的作用，市场前景十分广阔。
2.碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。作为高性能纤维的一种，碳纤维具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等邻域。
分类：
? 按原料进行分，有粘胶基、聚丙烯腈（PAN）基、沥青基碳纤维
? 按制造条件和方法分，有普通碳纤维、石墨碳纤维、预氧化纤维、
活性碳纤维和气相生长碳纤维
? 按单丝数分类，有小丝束（指1~24开，1开为1000根单丝数）
和大丝束（48~540开）碳纤维
? 按力学性能分，有通用级和高性能级碳纤维
? 高性能级碳纤维
又分为中强型、高强型、超高强型碳纤维
中模型、高模型、超高模型碳纤维
不同原料的碳纤维前驱体都经历预氧化、
中温碳化和高温碳化后制得碳纤维。
PAN碳纤维制备工艺：
PAN空气中氧化碳化 石墨化
200~300℃700~1500℃2000℃
1~2h 2~10min、Ar1~2min、Ar 表面处理 高阻抗纤维或高模量纤维
二、 炭纤维增强炭基复合材料的界面
炭纤维增强炭基（炭/炭）复合材料中的界面直接影响材料的力学、物理、抗氧化等性能。深入对炭/炭界面的研究。对于改进材料结构、提高材料性能意义重大。本文对炭/炭复合材料界面研究的意义、方法、现状作了介绍，并展望了研究的趋向。
炭纤维增强炭基（炭/炭）复合材料是一类特殊组成的材料，它以炭质材料为基体，用炭（石墨）纤维作增强体，基本化学组成为单一的碳元素。炭材料所特有的轻质、低膨胀系数、耐烧蚀、抗热震等优良特性使得炭/炭复合材料在高温、强腐蚀等苛刻工作条件下的使用成为可能。同时，经炭纤维增强后，单纯炭基体脆性易断的缺陷得到了改善，使炭/炭材料具有较好的力学性能。目前，炭/炭材料已被广泛应用于火箭喷管、 航天飞机机体结构、发动机高温构件、飞机刹车盘以及医学、文体用品等领域中。
炭/炭复合材料中炭纤维/基体炭间的界面作为连接纤维、基体两个基本组分的桥梁，直接影响炭/炭材料的力学、热物理及抗氧化等性能，在整个材料结构中具有特殊的地位和作用。而炭/炭复合材料制备工艺多样，作为原材料的基体炭源和炭纤维种类繁多，这就使得不同制备工艺、不同类型炭/炭材料的微观组成、界面结构等差异很大。正是由于炭/炭界面结构复杂多样，人们对炭/炭界面的认识仍不很充分。本文将对炭/炭界面的研究状况做一综合评述。
炭/炭复合材料中的界面
1、界面的定义
从晶体几何学的观点看，界面是三维晶格周期性排列从一种规律转变为另一种规律的几何分界面。而在物理学中，则将界面定义为两个块体相之间的过渡区。这个过渡区可以是一个或多个原子层，其厚度随材料种类不同而异。
复合材料的界面是增强相和基体连接的桥梁，是应力和其他信息的传递者。因此，复合材料的界面在很大程度上影响着材料的性能。
2、炭/炭复合材料中的界面
炭/炭复合材料的原料种类繁多，制备工艺复杂多样，这使得炭/炭复合材料的结
构及其中的界面与其他材料相比更具复杂性。根据炭/炭复合材料特定的结构组成，其中的界面可分为以下几种类型。
（1）同一纤维束中的纤维/基体界面
（2）不同取向纤维束在交叉部分的界面
（3）取向相同 （互有接触 ）纤维束间的界面
（4）不同编织层间的界面
（5）纤维束与基体间的界面
（6）基体中不同前驱体层或浸渗/炭化层间界面。
严格说来，以上各界面中只有纤维/基体和基体/基体两种物理界面。然而以上划分的各种界面由于在材料结构中所处的地位不同，传递的力学信息不同，对材料性能也有着不同的影响。
例如，当材料被弯曲破坏时，层间界面是整个结构中的薄弱环节，断裂往往在该处发生界面结合状况直接影响材料的强度。材料破坏发生在不同类型的界面时，材料的破坏方式也可能被改变。有研究表明，一种二维编织的炭/炭材料被弯曲破坏时，由于层间界面发生剥离而造成灾难性的脆性断裂。但当这种材料在一定程度上被氧化后，其断裂方式由脆性变成了假塑性。造成这一改变的原因是：材料发生氧化时，纤维束内的纤维 /基体界面优先被侵袭、削弱，使得断裂裂纹穿过纤维束扩散要比沿层间界面扩散更容易些，从而避免了灾难性的层间断裂。 炭/炭复合材料界面研究的意义
炭/炭复合材料的性能是由炭纤维、基体和纤维/基体界面所决定的。界面的作用是将施于炭/炭材料的外加应力从基体传递到作为增强体的炭纤维。炭/炭复合材料中用作增强体的炭纤维具有优异的机械性能，但人们还远未能使其在炭/炭复合材料中的作用得到充分的发挥。炭/炭复合材料设计主要考虑的机械性能包括拉伸、压缩、剪切、横向拉伸强度等。因为要顾及弯曲强度、断裂韧性、层间剪切强度等，实际应用中炭纤维的拉伸强度只发挥出20%---60%。也就是说在拉伸与弯曲性能上存在着难以兼顾的矛盾，反映在材料结构上就是界面的结合不能太强也不能过弱。如果纤维与基体形成牢固结合，那么在高温处理过程中，因纤维与基体在热力学性能上存在差异，会在界面附近形成残余应力，并产生裂纹，使材料易于发生脆性断裂 ；纤维与基体呈较弱结合时，将发生纤维拔出的假塑性断裂的。
可见，对炭/炭界面作深入研究，实现炭/炭材料界面的优化设计，对于提高材料的综合性能将有重要意义。
炭/炭界面的常用表征与研究方法
1、界面的表征
界面是由两相的表面层及两相间相互作用深入到两相内部一定范围的区域组成。复合材料界面的常用表征方法有：
（1）界面层的密度、厚度与形貌 ；
（2）界面层的化学表征 （化学组成、形态、分布等）；
（3）增强相的表面状态 ；
（4）界面层的残余应力 ；
（5）界面的力学性质 （粘结性能、摩擦系数）。
由于炭/炭复合材料的组成、结构具有特殊性，炭/炭界面特性的测定比较困难。目前，炭/炭界面的微观研究多集中在界面组成的分析及形貌观察上，如曾汉民、彭维周等利用透射电镜 （TEM）、扫描电镜 （SEM）等研究手段对 v?炭/炭复合
材料的界面结构作了较为细致的研究，提出了在炭纤维与热解炭、沥青炭间的界面上存在“钉扎结构”，“诱导结构”等观点，J·Jo/tne/等则从不同角度，如界面的构成、基体与纤维结合的取向等，对炭/炭界面进行了分类。
2、常用研究手段
界面微观研究常用的设备、方法有：光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨电镜（H/TEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、X射线能谱分析 （EDS）、电子能量损失谱（EELS）、X射线光电子能谱（XPS）、选区电子衍射分析（SAD）等。
纤维/基体界面结合状况及其对炭/炭材料力学性能的影响
炭/炭复合材料中炭纤维与基体炭的结合主要有化学键合、机械啮合及摩擦等几种作用方式。界面的结合情况则因纤维、基体的理化性质及材料制成工艺等的不同而异，并由此对材料的力学性能产生不同的影响。根据炭纤维与基体炭结合力的大小可将纤维/基体界面分为强结合、弱结合及中强结合几种情况。
1、纤维/基体强结合
纤维与基体间结合力很强，材料承受外力时，在界面上不发生滑移或解离。材料的韧性较差，易发生脆性断裂。这是因为在炭化处理过程中，由于纤维与基体间存在着热失配，在结合紧
密的界面处容易产生残余应力、热解裂纹，并使纤维受到破坏，从而降低材料的强度。一般说来，经表面增活处理（硝酸浸煮、氧等离子喷涂等）的纤维易于与基体形成强结合
2、纤维/基体弱结合
炭纤维表面活性较差，与基体的结合很弱，外加应力基本无法通过界面传递到纤维。材料破坏时发生整个纤维束的拔出，炭纤维增强相的作用未能得到发挥。炭纤维在惰性气氛中处理后，易与基体形成弱结合。
3、纤维/基体中强结合
结合程度介于前两种情况之间，其破坏方式为部分纤维拔出的假塑性断裂。材料具有较好的断裂韧性和较高的强度。这是因为，一方面界面结合力较强，应力可以由基体传递到纤维，使炭纤维的优异力学性能得到发挥；另一方面，界面结合力不是特别强，热解裂纹延伸到界面时，可以产生裂纹分支，绕过炭纤维，使纤维不致受损。
改变纤维/基体界面结合强度的方法
1、控制热处理温度
测定热处理温度不同的某种树脂基单向炭/炭复合材料的力学性能，得到曲线如图 1，当热处理温度逐渐上升到1100℃时，材料强度下降到一个极小值。1100℃实际上可以认为是炭化结束温度，在这一温度下基体由高应变 )断裂的聚合物转化为低应变 )断裂的脆性物质（即炭）。基体与纤维结合紧密，材料受力破坏时，基体中产生的裂纹会切断纤维继续扩展，而使材料强度大幅下降，材料的破坏称为基体控制断裂。
随热处理温度继续提高，材料的强度也逐渐增大，并在2100℃左右获得一个极大值。在这一阶段纤维 /基体的结合变弱，使裂纹在界面处沿纤维扩展成为可能。这时材料的破坏成为（纤维、基体）混合式破坏。随温度继续升高材料的强度下降，这时纤维 /基体的结合变得很弱，容易发生纤维与基体的分离而使纤维的增强作用被大大削弱。这一阶段称为纤维控制破坏。
可见，改变热处理温度，材料的强度值及破坏方式都会发生较大变化。
2、对炭纤维进行表面处理
对炭纤维作表面处理，即通过改变炭纤维表面活性来改变纤维 /基体的结合程度，会对材料的断裂行为及强度产生影响，一般可分为两种情况。
2.1增加炭纤维的表面活性
对炭纤维做硝酸浸煮、氧等离子喷涂等表面处理可以增加炭纤维的表面活性。在热处理过程中，经表面激活的炭纤维表面将引入一些活性基团，它们易于与基体炭形成化学键合，从而使纤维/基体的结合力增强。但在一定程度上，这会使材料的脆性增大，容易发生灾难性断裂。
2.2降低炭纤维的表面活性
有研究表明，在炭纤维表面涂覆上一层炭层会使纤维的表面活性降低，纤维/基体的结合减弱。产生于基体内的裂纹容易在纤维 /基体界面处形成裂纹分支，从而增加材料的断裂韧性。而且通过改变涂层的成分、厚薄等条件可以使材料的性能在一定范围内得到调节。
优化炭/炭界面的几种思路
炭/炭复合材料中炭纤维与基体结合失配在很大程度上局限了炭 /炭材料性能的进一步提高。而炭/炭材料中界面结构组成的复杂多样又使得对炭 /炭界面的研究仍难尽人意。关于如何优化炭 /炭界面，人们提出了几种设想：
（1）纤维与基体的适度粘结。即适当选择基体前驱体、炭纤维及热处理温度，使炭纤维与基体形成中等强度的粘结，从而获得比较理想的结构性能。
（2）纤维与基体不是通过粘结力结合在一起，而是由基体对纤维施加一个很大的压应力。
这会减少纤维拔出，并使载荷通过界面传递给炭纤维的状况得到改善。同时又避免了因纤维、基体热失配而在热处理过程中形成缺陷。
（3）对纤维作适当的浸蚀处理，改变其表面形貌，增大纤维表面的摩擦系数，使纤维与基体形成某种程度的机械啮合。
（4）研究相关动植物机体中纤维 /基体的结合状况用于炭 /炭材料的仿生设计。比如自然界中存在着螺旋状、环形非直线型纤维，如采用这种形状的纤维作增强体，可使纤维 /基体的接触面积增大，结合程度得到改善。
小结
作为炭 /炭复合材料中的一个重要组分，炭/炭界面的结构组成、结合强度直接影响材料的力学、热处理、抗氧化等各种性能。炭/炭复合材料结构的复杂性和特殊性使得人们对炭 /炭界面的认识与表征受到局限。目前炭 /炭界面的研究，多集中在纤维 /基体的结合情况以及界面附近的断裂破坏等方面，总的说来仍不很充分。有学者提出了一些进一步优化炭 /炭界面的新思路，如 }纤维/基体适度粘结、纤维/基体通过压应力结合、纤维/基体机械啮合及炭 /炭界面结构的仿生设计等，其可行性尚需验证。
三、 碳纤维发展前景无限
碳纤维的应用十分广泛。目前，碳纤维除了应用于传统的航空航天和军工等领域外，在新型纺织机械、碳纤维复合芯电缆、油田钻探、风力发电叶片、核电、医疗器械、汽车构件、建筑补强材料、文体用品等领域也都有应用。
据中投顾问产业研究中心相关统计数据显示，现在世界碳纤维的需求量每年的增长速度约为13％，预计到2018年，世界聚丙烯腈基碳纤维的需求量将可能
本文关键词：新型炭材料，由笔耕文化传播整理发布。
本文编号：248921
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