如何提高碳碳复合材料的抗氧化性

你好，

材料抗氧化性能的途径有两种：一种是外部涂层保护法,但由于碳碳复合材料本体与涂层的热膨胀行为不匹配,易生成裂纹,致使高温下碳碳复合材料很快氧化;另一种方法是用树脂法制备碳碳复合材料时,在浸渍液中加入金属和非金属氧化物,这种方法对提高碳碳碳复合材料的抗氧化性能有一定作用,但由于用树脂法制备的材料本身机械强度不高,加入添加剂后强度更低。要使碳碳复合材料在大负荷、高温氧化环境中长期反复使用,除了采用涂层保护以外,在满足其高温强度的前提下,还应重新设计碳碳复合材料的成分和制备工艺,以提高碳碳复合材料本身材质的抗氧化性。

希望可以帮到你

碳素复合材料一般指碳纤维复合材料，是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工型，是新一代增强纤维。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。

以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体，以碳为基体的复合材料的总称。

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主要是引入铪 钽 锆等元素，让其氧化成其氧化锆等形式。附着在碳纤维表面，以前有人用过冷堆包埋的方法，在器件表面进行耐烧蚀处理，一般耐温维2000-2600。还有基体改性的方法可以使得碳纤维的纤维表面包裹一层金属氧化物使其耐烧蚀。你可以尝试用以上元素的其他化合物进行有机反应，基体改性，然后进行浸渍等方法从而达到耐烧蚀的目的。但是，研究费用比较高，一般一个样品从只做合成到测试，在设备比较全的情况下要花费25000-3000元。

液体渗碳法：

液体渗碳法为将工作件浸渍於盐浴中行渗碳之方法。因盐浴之淬火性良好，因此可减少工作件之变形，并可使处理件加热均匀。升温迅速，操作简便，便於多种少量的生产。尤其在同一炉，可同时处理不同渗碳深度的处理件。

液体渗碳是以氰化钠（NaCN）为主成分，所以同时能渗碳亦能氰化，所以亦称为渗碳氮化（Carbonitriding），有时亦称为氰化法（Cyaniding）。处理温度约以700℃界，此温度以下以氮化为主，渗碳为辅，700℃以上则渗碳为主，氮化为辅，氮化之影响极低。一般工业上使用时，系以渗碳作用为主。

液体渗碳法虽硬化层薄，但渗碳时间短，故内部应力较少，同时因C、N同时惨入，所以耐磨性佳。

液体渗碳反应是利用氰化物（NaCN）分解，先在浴面与空气中的氧、水分、二氧化碳反应变成氰酸盐。

2 NaCN + O2 = 2 NaCNO （1）

NaCN + CO2 = NaCNO + CO （2）

氰酸盐在高温分解生成CO或N。

4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N （3）

在较低温时反应如下：

5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N （4）

生成的CO及N与Fe反应而进行渗碳及氮化。

Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2 （5）

Fe + N = { Fe - C } （6）

一般用的渗碳剂是在中添加碳酸钠（Na2 CO3）、氯化钡（Ba Cl2）、氯化钠（Na Cl2）等，比起NaCN单盐，表面碳浓度低，扩散层增加，900℃时的碳浓度最高，这是由於钡盐的促进作用大，而且熔点变高，浴的粘性也增加，影响渗碳作用。

渗碳盐浴的容器通常使用软铁、镍铬钢、耐热钢，不过，氧化侵蚀很激烈，施行渗铝防锈法可延长寿命；容器形状宜是内容积大、表面积小、接触空气的面少，蒸发挥散量也少，但是容器的上部与下部渗碳力不同，所以要注意盐浴搅拌。

与渗碳处理的零件安装於适当的夹具，预热到200～500℃后浸入盐中，尽量防止盐浴温度降低及热变形。

浴底堆积很多氧化物，处理品接触它时会变形，所以须预先调节夹具，使处理品与浴底之间有充分的馀裕。

如前所述，NaCN会随熔融时间而劣化，渗碳能降低，所以作业中要定期分析CN，CN不够时，添加指定的补给剂，保持渗碳能在前面所述的钢箔试验可简易试出渗碳能，因NaCN有吸湿性，若将含有水分的补给剂投入加热浴中，则会溅散，须利用炉的隔热壁乾燥。

碳/碳复合材料具有高强度，低比重等优点，最大缺点是高温抗氧化性差。在高温下可以氧化生成二氧化碳气体。至于你说的：但是石墨不是也很稳定吗？我记得大一的时候老师讲过，好像可以通过将石墨的片层结构卷起，制作碳纳米管，不是也是很稳定吗？怎么会容易氧化。这个问题是你理解有误。石墨的稳定是在保护气氛中，或者在低温下。在高温下的有氧环境中，石墨可以燃烧，发出蓝色火焰，类似煤炭燃烧。希望对你有所帮助

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