行业领域：制造业 —— 其他制造业

专利信息： 非专利技术

成熟度： 已有样品

技术合作方式： 其他

技术推广方式： 正在技术推广

技术交易价格： 面议

联系人：金超

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技术成果发布数：48337

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成果内容简介

　　碳/碳（C/C）是以碳纤维为增强体，碳等为基体的先进复合材料，是关系我国战略性新兴产业发展和国家安全的先进结构与功能材料。C/C复合材料具有密度低（＜2.0g/cm-3）、抗太空高能粒子辐照能力强、不分解挥发、不污染光学系统等优点，是优异的航天飞行器用结构材料，但其强度和传导偏低，难以制造高强度和高导热/电的大型复杂薄壁构件，不能满足我国新一代航天飞行器、轨道交通装备和重点武器装备等的迫切需求。在国家973 计划课题（碳纤维表面结构演变及其预制体设计，主持）、国家自然科学基金、航天专项课题等支持下，项目组在多年探索和研究的基础上，发明了高强高导C/C复合材料及其关键制备技术。
　　本成果的主要发明点如下：
　　1、发明了碳纤维表面快速原位生长纳米纤维的催化化学气相沉积技术，制备了大长径比、结构可控的碳纳米纤维（CNF）和碳化硅纳米纤维（SiCNF）。通过电镀法在碳纤维表面获得均匀催化剂Ni颗粒，Ni颗粒部分嵌入碳纤维表面，使得催化剂周围的碳原子重新排列，形成大微晶尺寸的高度有序石墨层。原位生长的纳米纤维形貌结构受到催化剂Ni颗粒的影响。Ni颗粒的形貌不同，单晶镍颗粒催化生长出直CNF或层片堆积状SiCNF；多晶镍颗粒则催化生长出竹节状CNF或鳞片螺旋状SiCNF。
　　2、 探明了化学气相渗透（CVI）过程中CNF 对PyC形核-生长的诱导机制，阐明了CNF强韧化C/C复合材料的机理，形成了Cf/CNF/PyC复合界面微结构控制技术。采用催化化学气相沉积在Cf 表面原位生长CNF 过程中，碳氢化合物一方面在Ni 催化剂的诱导下形核生长形成CNF，一方面在Cf 表面形核生长形成高织构热解碳（MT-PyC）；而在CVI 沉积基体PyC 过程中，由于受CNF 表面高度有序石墨层的诱导形成高织构热解碳（HT-PyC）。
　　3、 发明了高强高导碳/碳复合材料制备技术，与其它制备技术的相比，制备的C/C 复合材料弯曲强度和模量在平行方向分别提高了20%和60%，在垂直方向分别提高了210%和150%，导热系数提高了180%。探明了自生纳米纤维改性碳/碳复合材料的强韧化机理。CNF 促使C/C 复合材料中的基体PyC 由低织构向结构更完整的中织构和高织构转变，提高了基体碳强度；同时，通过CNF 的“桥接”形成Cf/CNF/PyC 复合界面层，优化了Cf 与PyC 界面结合状态，提高了界面结合强度，并在Cf拔出过程中能有效调节界面应力分布状态，缓解裂纹端部应力集中，从而实现增强增韧C/C 复合材料。
　　4、研制的薄壁（≤3mm）异型、大尺寸、高精度C/C 复合材料抗杂散光栏（～φ500mm×1000mm） 和遮阳罩（～800mm×800mm×1000mm），已定型于我国“风云四号”气象观测卫星，相比传统材料减重了40%（减重7Kg）。为解决了地球同步轨道气象卫星自旋扫描成像辐射计扫描效率低、无法实现局部区域快速重复观测的问题做出了重要贡献，满足了我国对灾害性天气的实时预报的重大需求。
　　5、开发了轻质、耐磨、高导电性能的机车受电弓用C/C 复合材料滑板。碳/碳复合材料滑板是国际上最先进的碳滑板技术，因制造技术复杂，目前国际上只有日本和德国制造并投入应用。中南大学研制的C/C复合材料滑板，经铁科院台架试验考核，综合性能优异，导电性能达到国际先进水平，磨耗性能比现有滑板提高了一个数量级，处于国际领先水平，正与上海铁路局合作进行产业化工作。
　　形成了具有自身特色和自主知识产权的关键制备技术，研究成果在Carbon、Corrosion Science、Ceramics International等国内外重要期刊上发表了相关论文40余篇，共申请国家发明专利16项，已授权9项。相关研究成果具有独创性、科学性、前瞻性，在纳米材料和C/C复合材料科学研究与实际应用方面具有重要的参考价值，社会效益十分显著，本项目形成的技术还可推广应用于其它航空航天装备和轨道交通装备用高强高导C/C复合材料。