先进固体发动机喷管材料应用现状课件.ppt

1、碳基复合材料在机械工碳基复合材料在机械工程中的应用程中的应用l碳基复合材料，及其性质、用途l碳基复合材料在各领域中的应用l碳基复合材料的发展趋势与前景。 顾名思义，碳基复合材料就是以碳纤维(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。 碳基复合材料的定义 碳基复合材料的简介 碳/碳复合材料是六十年代发展起来约一种新型耐高温材料，它是由增强碳和基体碳所组成的多相材料。 增强碳可以是不同类型的碳(或石墨)纤维及其织物。在碳/碳复合材料中起着骨架和增强剂的作用。 基体碳起粘接作用，目前的基体碳可以是树脂碳、沥青碳和沉积碳。 碳/碳复合材料目前在国外已经被公认是高级载入飞行器鼻锥和

2、固体火箭发动机喷营等关键部位最理想的耐烧蚀、防热材料。碳/碳复合材料的工程应用也日趋成熟。现己用于美国民兵洲际导弹弹头，全碳/碳化的火箭发动机喷管也成功地通过了试验。 碳基复合材料的性质比重小；化学稳定性高；耐热性好（非氧化性气氛）；导电、导热性能好；耐腐蚀性好。 碳基复合材料的优缺点优点缺点高温形状稳定升华温度高烧蚀凹陷低平行于增强方向具有高强度和高刚度在高温条件下的强度和刚度可保持不变抗热应力抗热冲击力学性能为假塑性抗裂纹传播非脆性破坏衰弱脉冲化学惰性重量轻抗辐射性能可调整原材料为非战略材料易制造和加工材料：非轴向性能差 破坏应变低 空洞含量高 洞分布不均匀 纤维与基体结合差 导热系数高

3、抗氧化能力差 抗颗粒浸蚀性差 成本高加工：制造加工周期长可还原性差设计：设计与工程性能受限制 缺乏破坏准则 设计方法复杂 环境特征曲线复杂 各向异性 尚无较好的非破坏检验方法 使用经验不足 链接与接头困难 碳基复合材料的应用 航天技术方面在航天飞机机翼和尾翼的前缘由于使用了碳/碳材料大大地减轻了航天飞机的重量。全碳/碳化固体火箭发动机喷管是今后的发展方向。碳/碳材料还可以制作液体火箭发动机的喷喉。在卫星和飞船上还大量地用碳/碳材料制作热防护罩， 航空工业方面英、美、法等国家制造的碳/碳刹车盘，为飞机提供了磨擦制动，能控制飞机在地面运动的方向和速度。碳/碳刹车盘不仅用于高性能的军用飞机，并已投入

4、民用航线使用，如：协和号飞机。这种刹车盘比钢刹车盘强度高，刚性好，可以节省约50%的重量，操作安静，着陆次数可提高5-6倍。 在医疗上的应用已经用碳/碳复合材料制成了人工心瓣膜。 碳基复合材料在各领域中的应用碳基复合材料在各领域中的应用 碳/ 碳复合材料是一种新型高温材料, 具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优异性能。该材料的密度不到2. 0g / cm3 , 仅为镍基高温合金的1/ 4, 陶瓷材料的1/ 2, 尤其是这种材料随着温度升高( 可达2200 )其强度不仅不降低, 甚至比室温还高, 这是其它材料所无法比拟的独特的性能。 碳/碳复合

5、材料的研制工作，可追溯到20世纪60年代初。1961年在日本首先用聚丙烯腈（PAN）原丝制成高性能碳纤维。1963年英国的研究人员发明用牵引法提高纤维结构的取向，进一步提高了碳纤维的强度和弹性模量。到60年代末，提高碳纤维性能和生产效率的办法日趋完善。高强度、超高强度、高模量和高强中模量的碳纤维形成规模生产并开始商品化。碳纤维年耗量碳纤维年耗量( 2004 年年10 月德国汉堡国际碳纤维会议月德国汉堡国际碳纤维会议) 近年来, 美、俄、法等国家又开发了许多混杂其它材料的新型碳/ 碳材料, 以满足不同的特殊使用要求： 在碳/ 碳材料中混入Si 3 N4 、Si C、Ti C、Ta O、Ta C

6、等粉末, 以提高碳/ 碳材 料抗粒子侵蚀性能。 更新的弹头鼻锥防热材料是针刺细编织物在穿刺或编织过程中加入改进性能的组分,如耐熔金属丝、耐侵蚀粒子等, 这样可大大改进抗粒子侵蚀性能, 达到“全天候”的目的。 此外, 四向或更多向碳基复合材料也是研制发展的方向, 由于采用了交错网络结构和增加了增强方向数, 不仅增加了各向同性、提高了抗侵蚀能力, 也改进了耐烧蚀性。1.航天航空航天航空 航空领域的材料体系更强调性能与可靠性的综合, 先进复合材料的应用不仅具有减重的效益, 而且还使飞机结构的其他性能得到提升。例如复合材料的气动剪裁技术可显著提高结构效率 ; 整体成形技术可有效减少连接, 提高结构可靠

7、性, 降成本; 复合材料耐腐蚀抗疲劳特点可降低维护成本。随着新一代航空航天器向高超声速方向的发展, 苛刻的超高温服役环境对材料及结构的承载与防热提出了严峻考验, 碳/ 碳复合材料是适应这种需求的重要候选材料。 碳/ 碳复合材料从碳纤维增强相结构可分为碳毡C/ C和多向编织C/ C 复合材料。作为一种新型战略材料, 在美、俄、法、英、日等国家, 其研制发展主要由空军、海军或政府预算中给予支持, 因此, 碳/ 碳复合材料的国防专用性和强烈的军事背景使其研制和使用具有高度的机密性。碳基防热复合材料主要用于烧蚀防热和热结构, 较好地解决了轻质化、抗热震、耐侵蚀等技术难题。图 复合材料在民机上的应用 国

8、外自1980 年的F- 18 军机开始, 最新研究的歼击机全部采用复合材料机翼, 而且在机身上也大量采用先进复合材料, 占结构重量的25% 50% 。如第四代机中的F22 复合材料占结构重量的25% ,法国Rafale占40% , 瑞典JAS39占30% , 欧洲EF2000 则大于40% , 美国的杀手锏武器B2轰炸机占50% 。 民机上的复合材料用量也有大幅度提高。波音B777 共用复合材料9 .9 吨, 占结构总重的11 % ; “梦想飞机”B787 用复合材料将达50 % ; A380 大型客机可容纳乘客500 650 人, 仅碳纤维复合材料用量就达32 吨左右, 加上其他各种复合材料

9、, 总用量在25 % 左右, 开创了大型民机大量使用复合材料的先河。1.1碳碳/ 碳复合材料刹车盘碳复合材料刹车盘减重方面：减重方面：从宏观上分析, 碳/ 碳复合材料刹车盘的优越之处主要源于其本身密度小, 耐高温的特点, 由于其密度小、使用碳/ 碳盘后可以使每架飞机重量大大减轻。如：空中客车A310 减重499kg , A300-600 减重590kg , A330 及A340 减重998 kg， 麦道公司的MD-11 减重900kg。优异的高温性能：优异的高温性能：一架飞机刹车摩擦引起的温升高达500 以上, 尤其是最苛刻的起飞紧急刹车引起的温升超过1000 , 一架波音747-400 的刹

10、车系统在起飞中紧急刹车时会产生1. 75 108kgm 的功, 一些刹车元件将达到熔点 , 此时碳/ 碳材料的耐高温性能就显示了极大的优越性。 就微观结构而言, 石墨晶体属于层状结构, 碳原子排列于一系列相距较远( 0 . 3414 nm ) 的原子面上, 在各层面上的碳原子按正六角形排列, 原子在同层之内的结合力远远大于层间结合力, 邻层之间的结合键能明显较低, 容易滑移, 摩擦阻力小, 而薄片层内的碳原子在滑动时却不会溃散, 有较大的承载能力。 同时碳/ 碳材料又不属于纯石墨结构, 碳/ 碳复合材料中碳纤维和热解碳的微观组织属于乱层石墨结构, 因而摩擦系数比石墨高。 碳纤维一方面起着增强基

11、体的作用, 使刹车盘具有足够的强度和刚度, 同时由于其石墨化度不高, 提高了摩擦系数, 因此通过调整碳/ 碳材料碳纤维的体积含量可以得到既有足够强度又有适中摩擦系数的碳/ 碳盘, 通过改变基体热解碳的石墨化度还可以进一步改善其摩擦磨损性能。从而使碳/ 碳刹车盘具有合适的摩擦系数和很好的耐磨性。采用碳/ 碳盘后更换周期大幅度延长, 一个周期可达到1500 3000 个起落, 寿命提高5 6 倍国外现状国外现状 目前世界上已有60 余种飞机采用了碳/ 碳刹车装置。欧美公司生产的民航飞机的刹车系统已逐渐用碳/ 碳盘取代钢盘, 如空中客车公司的所有飞机都采用了碳/ 碳刹车装置。美国美国从事航空机轮和碳

12、刹车装置的专业公司：Hitco、联信公司的Bendix公司、ABS、B. F . Goodrich以及碳化硅公司、联合碳化物公司等。法国法国研制碳/ 碳刹车装置的：欧洲动力装置公司、米西尔-西班牙-毕加第公司、洛林碳业公司、国营宇航公司、化物公司等。日本日本从事碳/ 碳刹车材料研制工作的：萱场工业公司、东邦贝斯纶公司和东京工业材料研究所等。英国英国主要研制和生产碳/ 碳刹车装置的公司：邓禄普公司等。国内现状国内现状 我国从70 年代初开始研制碳/ 碳刹车装置, 先后参与此项工作的有： 兰州碳素厂、514 厂、上海碳素厂、烟台冶金新材料研究所、西北工业大学等。 其中采用的工艺方法主要为CVD 法

13、，在致密化工艺、增强体准备、性能控制等方面, 取得了一些成绩。 研制出了某型飞机碳/ 碳盘样件、BAe146 碳/ 碳盘样件、碳/ 碳盘的缩比件。并进行了性能及结构方面的研究, 尤其在摩擦磨损机理、石墨化度的影响及提高石墨化度的方法等方面进行了较深入的探讨, 提出了高摩擦性能碳/ 碳材料的模型。1.2碳碳/ 碳复合材料发动机热端碳复合材料发动机热端 随航空事业的发展, 对航空发动机推重比有越来越高的要求, 而提高新型发动机推重比的关键是提高热效率, 其实现办法是提高空气压缩比和提高涡轮进气温度。 因此, 航空涡轮发动机和工业涡轮发动机涡轮进气温度将会有更大的提高, 这就对发动机热端部件的材料提

14、出了越来越高的要求, 能够在1600 2000 高温下正常工作的材料只有碳/ 碳复合材料。 特殊功能: ( 1) 在1600 以上仍能保持强度不降低; ( 2 ) 减轻发动机重量, 提高推重比; ( 3 ) 减少冷空气消耗, 提高发动机效率; ( 4 )提高工作温度, 提高发动机的热效率。国外现状国外现状近几年来, 世界各发达国家正在把碳/ 碳复合材料逐步应用在发动机构件上美国已把这种材料用在F100 飞机发动机喷嘴和加力燃烧室喷管上;Hitco公司已制成了鱼鳞片; LTV 公司制造出了涡轮叶片和盘整体部件, 并在1760 温度下进行了地面超转试验; 通用电气公司JID 验证机低压涡轮部分用碳

15、/ 碳材料制造出涡轮叶片和盘整体部件, 运转温度1649 , 比一般涡轮高出555 , 而且不用气冷, 已试验成功；法国、德国、俄罗斯也已分别制造出燃烧室喷油杆, 涡轮转子外环等零件。近几年来西北工业大学开展了一些研究工作, 主要进展有以下几个方面:( 1) 针对碳/ 碳复合材料生产周期长、工艺难度大、成本居高不下的问题, 开发了两种新的成形工艺法, 即超高压成形工艺和快速气相沉积工艺, ( 2) 为解决碳/ 碳材料的氧化问题, 通过在基体中添加的SiO2 、ZrO2 , Al2O3 等, 研究了基体改性对抗氧化的影响 ( 3) 在超高温性能测试及评价方面, 已研究了单向碳/ 碳复合材料在19

16、00 2300 的持久强度和蠕变特征, ( 4 ) 在应用研究方面, 制备出了微型发动机尾喷管、叶片样件、高温保护套管等，研究了多种制件的成形工艺方法。国内现状2.火箭发动机火箭发动机 碳纤维复合材料制造的壳体具有强度高、刚度大、尺寸稳定等特点，因此，碳纤维复合材料可用于新型陆基机动同体洲际导弹一、二、三级发动机壳体、新一代中程地地战术导弹发动机壳体。 碳纤维增强复合材料在火箭发动机上主要用作推力室喷管材料 ,一是用作固定的喷管延伸段 ,二是用作可移动的喷管延伸段 (可延伸喷管 )。除此之外 ,小推力室也可整体用这种材料制造。 固体发动机喷管属于非冷却型 ,工作环境极其恶劣。特别是喉部的高温、

17、高压二相流燃气的机械冲刷、化学侵蚀和热冲击十分严厉 ,材料选择是现代固体火箭推进的重大关键技术。 早期的喷管多使用复合型结构 ,即以金属或高强度玻璃钢为结构材料,高熔点金属或优质石墨为耐热吸热材料,烧蚀型增强塑料为绝热材料。其结构复杂,配合界面多,质量大,工艺周期长,也增加了不可靠度。 80年代以来 ,发展高性能固体发动机的主攻方向由“高能”转向“轻质、可控”,高性能发动机喷管冲质比要求已达到 150 000 Ns/kg 以上。正是性能优异的多向编织碳/ 碳材料的涌现 ,从根本上解决了这个矛盾 ,实现了喷管技术的飞跃。先先进进固固体体发发动动机机喷喷管管材材料料应应用用现状：现状： 随着航空航

18、天飞行器各项陛能的不断提高，对结构件所用材料的要求也越来越高。 国外发动机壳体目前的主要应用方向是采用碳纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。而国内目前尚没有碳纤维缠绕的固体发动机壳体，所用树脂基体的耐热性也不高，壳体外层的热防护涂层也增加了壳体的消极质量。为此应给予经费支持，尽快开展高性能耐热基体材料、高性能碳纤维在固体发动机壳体上的应用等方面的研究，早日实现碳纤维增强复合材料同体发动机白防热壳体的应用，提高武器系统的综合性能。3.其它其它：钓鱼杆现年产量约1200万只，年碳纤维用量1200t；高尔夫球杆随着轻量化和长尺寸化的要求，现已占碳纤维体育用品用途的50，年碳纤维用量为2000t；

19、网球拍的年市场规模约为450万只，年碳纤维用量约500t；人造卫星结构体、太阳能电池板和天线要用高模碳纤维，先进的运载火箭和导弹壳体、发射筒等要用800H和 T300碳纤维等；土木建筑领域，已用于补修加工用片材、建筑部件、代钢筋材料、屋顶构架材料等；能源领域，已用于汽车的压缩天然气罐和风车叶片(长达30-40m)、海底油田管道、升降机等；交通运输方面，已应用于赛车、汽车传动轴、大型卡车车体等；电子电器领域，已应用于增强热塑性树脂的挤出成型品，如抗静电 IC盘、笔记本电脑的筐体，具有电磁波屏蔽效果；还有X-射线盒、医用床板、印刷、制膜、造纸等用的各种滚轴、空气或氧气呼吸用压力容器等等。 碳基复合

20、材料的发展趋势与前景碳基复合材料的发展趋势与前景l航空领域l电化学方面l电子器件方面l简述总体情况航空领域的发展与前景航空领域的发展与前景 随着航空、航天及国防事业的发展,对材料的要求不断提高,其服役条件越来越苛刻,材料在极端环境下的行为研究对军用先进材料的发展和武器装备性能提高的影响也越来越突出。碳基复合材料的轻质、高比强、高比模和耐超高温等一系列优异的综合性能,赋予这类材料在航空航天领域的优势地位。 目前,美国、俄罗斯等国都把以碳基复合材料为代表的先进功能结构材料应用于导弹、航天飞机、火箭发动机以及飞机的制动器方面随着现代无线电技术和雷达探测技术的迅猛发展，军事防御系统对武器装备的隐身能力

21、提出越来越高的要求。微波吸收材料作为一种重要的军事隐身功能材料，其发展引起广泛的关注。由于传统型吸波材料密度大、吸收频带窄，使其应用受到限制，因此新型吸波材料的开发成为主要的研究方向 碳纤维复合材料主要是以满足航空航天对高性能材料的要求而发展起来的。随着碳纤维复合材料的优异性能越来越多地被认识和接受，其在能源、交通、汽车、海洋、建筑及其他工业部门的应用近年来在快速地发展。 根据产品规格的不同，碳纤维目前被划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。宇航级碳纤维为小丝束碳纤维，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品等。工业级碳纤维应用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等民

22、用工业。 电化学传感器催化剂材料及载体超级电容电池材料电化学方面的发展与前景的发展与前景 由于石墨烯具有非常高的电导率、以及高的比表面积使其在传感器、催化剂由于石墨烯具有非常高的电导率、以及高的比表面积使其在传感器、催化剂材料及载体、以及超级电容等器件中拥有巨大的应用潜力。材料及载体、以及超级电容等器件中拥有巨大的应用潜力。 传感器传感器 石墨烯的表面可以吸附气石墨烯的表面可以吸附气体分子，由于不同的气体体分子，由于不同的气体分子可以作为电子的受体分子可以作为电子的受体也可以为电子的给体，所也可以为电子的给体，所以气体分子的吸附将影响以气体分子的吸附将影响石墨烯的载流子浓度，引石墨烯的载流子浓

23、度，引起石墨烯电导率的变化。起石墨烯电导率的变化。基于石墨烯的传感器可以基于石墨烯的传感器可以高度敏感的反应出气体分高度敏感的反应出气体分子的吸附与脱附，甚至可子的吸附与脱附，甚至可实现单分子级别的探测实现单分子级别的探测69-72。石墨烯还被证明。石墨烯还被证明在其他传感器中有良好的在其他传感器中有良好的表现。表现。催化剂材料及载体催化剂材料及载体 如石墨烯与金的复合材料在氧还原的过程中显示出了较如石墨烯与金的复合材料在氧还原的过程中显示出了较好的电催化性能好的电催化性能60;做为燃料电池中甲醇催化氧化常做为燃料电池中甲醇催化氧化常用的催化材料用的催化材料Pt, Pd等材料负载到石墨烯上也表

24、现出优等材料负载到石墨烯上也表现出优秀的催化能力秀的催化能力76,so,si，而，而H. Y Li等人使用磷铝酸修等人使用磷铝酸修饰石墨烯负载饰石墨烯负载Pt/Ru纳米颗粒更是获得比单独石墨烯负纳米颗粒更是获得比单独石墨烯负载载Pt/Ru纳米颗粒更好的催纳米颗粒更好的催化活性及电化学稳定性化活性及电化学稳定性fszl0因为拥有大的比表面积，以及化学、电化学上的稳定性，碳材料经常会被用于因为拥有大的比表面积，以及化学、电化学上的稳定性，碳材料经常会被用于催化剂材料的载体。而相比其他碳材料，石墨烯具有更大的比表面积，理论值催化剂材料的载体。而相比其他碳材料，石墨烯具有更大的比表面积，理论值达到达到

25、2630 m2/g，同时还具有更优异的电荷传输能力，所以研究人员以石墨烯，同时还具有更优异的电荷传输能力，所以研究人员以石墨烯为催化剂载体展开了大量的研究。目前很多纳米材料如为催化剂载体展开了大量的研究。目前很多纳米材料如Pt Pd Au等等已成功等等已成功的负载在石墨烯上，并已证明这些复合材料表现出了良好的催化活性和电化学的负载在石墨烯上，并已证明这些复合材料表现出了良好的催化活性和电化学响应响应60,76-79。 由于石墨烯超大的比表面积，不仅可以成为催化材料由于石墨烯超大的比表面积，不仅可以成为催化材料的载体，还可以成为药物的载体。的载体，还可以成为药物的载体。 超级电容超级电容 虽然超

26、级电容器件的能量密度远远大于普通电容，但却虽然超级电容器件的能量密度远远大于普通电容，但却仍低于电池，所以为提高超级电容的性能，人们一直在努仍低于电池，所以为提高超级电容的性能，人们一直在努力寻找更好的电极材料。而经过对石墨烯材料应用于超级力寻找更好的电极材料。而经过对石墨烯材料应用于超级电容研究发现，石墨烯及其复合材料在超级电容中也表现电容研究发现，石墨烯及其复合材料在超级电容中也表现出了良好的性能。石墨烯与聚苯胺的复合材料的容量达到出了良好的性能。石墨烯与聚苯胺的复合材料的容量达到233Fg1，而石墨烯与，而石墨烯与Ni(OH)z复合材料的容量更是达到复合材料的容量更是达到了了1335 F

27、 g 1 电池材料 目前商用的电极中最常用的正极材料是石墨，虽然石墨在铿离子目前商用的电极中最常用的正极材料是石墨，虽然石墨在铿离子的嵌入与脱嵌中有良好的性能，但是较低的比容量使得最终整个电的嵌入与脱嵌中有良好的性能，但是较低的比容量使得最终整个电池的性能受到了限制池的性能受到了限制99。由于优异的导电能力，高的比表面积，。由于优异的导电能力，高的比表面积，及化学稳定性，人们使用石墨烯或基于石墨烯的复合材料作为正极及化学稳定性，人们使用石墨烯或基于石墨烯的复合材料作为正极材料已经做了大量的研究。材料已经做了大量的研究。Honma0等人使用石墨烯，石墨烯等人使用石墨烯，石墨烯/碳纳碳纳米管，石墨

28、烯米管，石墨烯/富勒烯分别作为正极材料研究了电池性能富勒烯分别作为正极材料研究了电池性能1 oa。经。经测试得到石墨烯的比容量达到测试得到石墨烯的比容量达到540mAhg 1，远远高于石墨。而添加，远远高于石墨。而添加了碳纳米管和富勒烯的复合材料更是增大到了了碳纳米管和富勒烯的复合材料更是增大到了730和和784 mAhg“1。随后的研究中人们发现石墨烯与金属氧化物的复合材料可以获得更随后的研究中人们发现石墨烯与金属氧化物的复合材料可以获得更好的电池性能，如石墨烯与好的电池性能，如石墨烯与Fe30;的复合材料最终可以达到的复合材料最终可以达到1026 mAhg 。电子器件方面的发展与前景电子器

29、件方面的发展与前景l光电器件纳米电子器件光电器件 由于拥有非常高的电导率，载流子迁移率以及在可见光范围内高的光学透过性，以石墨烯制备透明导电薄膜在光电器件中拥有令人期待的应用前景，尤其是石墨烯可以制备出柔性薄膜，使其更可以应用于柔性光电器件之中。 目前已有多种基于石墨烯薄膜的光电器件被制备与研究，如斯坦福大学J. B. Wu等人通过高温退火氧化石墨的方法制备出石墨烯导电薄膜，并以此为电极成功制备出性能接近于商用ITO电极的有机发光器件(OLED ) C.H. Lee等人制备了基于无机纳米结构的柔性LED发光器件; S. K. Bae等人制备出了30英寸的基于石墨烯透明导电薄膜的触摸屏。另外，报

30、道显示目前IBM Nokia Samsung等多家公司都开展了石墨烯相关的项目研究。国内也在石墨烯的相关应用研究中取得巨大进展，2012年1月8日，江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技有限公司、无锡丽格光电科技有限公司、深圳力合光电传感器技术有限公司联合发布研制成功全球首款手机用石墨烯电容式触摸屏。纳米电子器件 石墨烯在室温下的电子迁移率是商用硅片的10倍，并且受环境变化的影响很小，被认为是替代硅用以制备下一代纳米电子器件的极佳材料。 但是石墨烯用作晶体管面临着两个重要的问题，一个是石墨烯是零带隙半导体，缺乏带隙，另一个是一般方法制备出的石墨烯由于会主动吸附空气中的氧和水使得石墨烯基本都呈现为P

31、型。为了在石墨烯中引入能带，人们已经找到了许多方法，如衬底与石墨烯的相互作用或将石墨烯制备为纳米带等等93-96，还有一种常用的方法就是在石墨烯的内部或者边缘掺杂、引入特定的原子或基团。目前N型掺杂的石墨烯的场效应晶体管己经被多个小组制备并研究，如通过石墨烯纳米带的电化学反应或者高温在氨气中退火氧化石墨获得N掺杂石墨烯，从而实现了N型场效应晶体管的制备 。简述总体情况 碳纤维复合材料国内外发展现状及趋势在碳纤维复合材料研制中，关键是高性能碳纤维，它是制约先进碳纤维复合材料发展的瓶颈。 但在一步步解决。应用范围从少数高科技领域、军事部门发展到整个工业民用的各个部门。 复合材料具有多种优良性能，但

32、居高不下的成本仍然是制约其广泛应的主要原因。 进入 21 世纪后，复合材料的市场需求急剧上升，而成本问题也就更为突出，为了应对这一局面，各国都采取了相应的措施和策略，由过去的性能优先向重视性能成本的折中平衡转变，实现复合材料结构低成本化而又不牺牲复合材料的强度优势。因而低成本技术已成为复合材料发展的重要趋势。低成本技术涉及原材料、成型、加工制造以及使用保障等方面，而低成本成型技术直接关系到复合材料的发展。 国外碳发展趋势及趋势 全球碳纤维供不应求，为了应对供应紧张的局面，世界碳纤维生产巨头都提出了雄心勃勃的增产计划。日本东丽集团公司最近宣布，将投入 160 亿日元在爱媛工厂扩建工业用碳纤维生产

33、线 。三菱丽阳公司近日也宣布，为了扩大碳纤维的生产能力，将对广岛县大竹市的大竹事业所投资约120亿日元 。 除了上述公司之外，西格里集团作为欧洲惟一一家能够供应碳纤维原丝、独立拥有碳纤维研发技术，并拥有从原材料到复合成品完整增值产业链的供应商，将其核心竞争力定位于高温技术、碳化和石墨化技术。它将扩大美国的生产基地，在德国梅亭根新建一个生产基地，建立全球碳纤维技术与创新中心。整个计划在五年内需投资约 3 亿欧元。 在欧洲，低成本复合材料结构在运输机主翼上的适用性研究进入最终阶段；在美国，空军NASA制定了各种计划，其中有代表性的计划是ACT计划 ，其开发目标是相对于现有铝结构成本降低25%，该目

34、标非常之高。 西欧、美国和日本在家居用品方面，复合材料的用量在过去的20年间也有很大的增长，而在中国，大规模地采用复合材料成品的市场还有待于进一步开发。 我国从我国从 20 世纪世纪 60 年代后期开始研制碳纤维，历经年代后期开始研制碳纤维，历经 40 多多年的发展历程。由于国外严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业年的发展历程。由于国外严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展，与国外相比有很大差距的发展，与国外相比有很大差距。随着我国经济的快速发展，碳随着我国经济的快速发展，碳纤维需求与日俱增，虽然国际上一些公司纤维需求与日俱增，虽然国际上一些公司 T300 级原丝和碳纤维级原丝和碳纤维产品对我

35、国开始解冻，但碳纤维及其复合材料的生产关系到国防产品对我国开始解冻，但碳纤维及其复合材料的生产关系到国防建设，必须立足国内。研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满建设，必须立足国内。研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是我国碳纤维足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是我国碳纤维工业发展亟待解决的问题。工业发展亟待解决的问题。 碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品。在国家政策的重点扶持下，国内碳纤产品。在国家政策的重点扶持下，国内碳纤维的研究开发和生产呈现出令人鼓舞的发展维的研究开发和生产呈现出令人鼓舞

36、的发展趋势。趋势。 国内的发展现状及趋势国内的发展现状及趋势参考文献：【1】杜善义，先进复合材料与航空航天，2007，（2）【2】李贺军、罗瑞盈、杨峥( 西北工业大学)，碳/ 碳复合材料在航空领域的应用研究现状，1997【3】张晓虎、孟宇、张炜（中国航天科技集团四院四十三所），碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势，2004，（3）【4】霍肖旭、刘红林、曾晓梅（中国航天科技集团四院四十三所），碳纤维复合材料在固体火箭上的应用，2000，（6）【5】林德春 、张德雄（西安向阳航天科技集团公司）、陈继荣（华东理工大学），固体火箭发动机材料现状和前景展望【6】唐见茂，碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望 ， 2010年6月 【7】李文博，碳基复合材料制备及其电化学电极研究，2012年5月