制備C/C復合材料的方法主要有兩種:化學氣相法(CVD或CVl)和液相浸漬碳化法。前者以有機低分子氣體為前驅(qū)體，后者以熱塑性樹脂(石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青)或熱固性樹脂(呋喃、糠醛、酚醛樹脂)為基體前驅(qū)體。這些原料在高溫下經(jīng)過一系列復雜的化學變化，轉(zhuǎn)化為基體碳。為了獲得更好的致密化效果，通常采用化學氣相法和液相浸漬-碳化法進行復合材料致密化，以獲得理想密度的C/C復合材料。

C/C復合材料是指一種以碳纖維為增強體，碳為基體的復合材料。碳纖維作為增強材料可以以多種形式和類型使用，包括短切纖維、連續(xù)長纖維和編織物。各種碳纖維都可以用作C/C復合材料的增強體。基體可以是通過化學氣相沉積制備的熱解碳或通過聚合物材料熱解形成的固體碳。C/C復合材料作為碳纖維復合材料家族中的重要成員，具有密度低、比強度和比模量高、熱導率高、熱膨脹系數(shù)低、斷裂韌性好、耐磨損、耐燒蝕等特點。特別是隨著溫度的升高，它的強度不但不會降低反而可能增加。是所有已知材料中耐高溫性能最好的材料。因此廣泛應用于航天、航空、核能、化工、醫(yī)療等領域。

1.化學氣相法

化學氣相沉積(cVD或cVI)是將碳直接沉積在坯體的孔洞中，從而填充孔洞，增加密度。沉淀炭易于石墨化，與纖維的物理相容性好，不會像浸漬法那樣在再碳化過程中收縮，但這種方法具有更好的物理機械性能。但是，在cVD過程中，如果碳沉積在坯體的表面，它將阻止氣體擴散到內(nèi)孔中。表面沉積的碳要用機械去除，然后再進行新一輪的沉積。對于厚的產(chǎn)品，CVD法也有一定的困難，而且這種方法的周期也很長。


C/C復合材料的兩個主要應用領域C/C復合材料作為一種集熱結(jié)構(gòu)與功能于一體的優(yōu)良工程材料，自1958年誕生以來，在軍事工業(yè)上取得了巨大的進步，而C/C復合材料最重要的應用是制造導彈戰(zhàn)斗部零件。由于其耐高溫和良好的摩擦性能，已廣泛應用于固體火箭發(fā)動機噴管、航天飛機結(jié)構(gòu)件、飛機和賽車制動器、熱元件和機械緊固件、熱交換器、航空發(fā)動機熱端部件等。

1.固體火箭發(fā)動機噴管的應用

自20世紀70年代首次成功用作喉襯以來，C/C復合材料極大地促進了固體火箭發(fā)動機噴管材料的發(fā)展。C/C復合材料制成的喉襯、擴張段和延伸出口錐具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕剖面，可提高噴管效率1% ~ 3%，可大幅提高固體火箭發(fā)動機的比沖。喉襯一般采用多維編織的高密度瀝青基C/C復合材料，增強體多為整體針刺碳氈、多向編織等。，表面涂覆Sic以提高抗氧化性和抗侵蝕性。

2.C/C復合材料剎車盤在剎車領域的應用實驗研究1973年首次用于飛機剎車。目前，超過一半的C/C復合材料被用作飛機剎車。高性能剎車材料要求高比熱容、高熔點和高溫強度，而C/C復合材料正好滿足這一要求。制成的飛機剎車盤重量輕，耐高溫，比熱容比鋼高2.5倍。與金屬剎車材料相比，可節(jié)省40%的結(jié)構(gòu)重量。碳剎車盤的使用壽命是金屬底座的5 ~ 7倍，制動力矩穩(wěn)定，制動時噪音低。因此，碳剎車盤的問世被認為是剎車材料史上的一次重要技術進步。目前，法國歐洲電力、炭素工業(yè)等公司已量產(chǎn)C/C復合材料剎車片，英國鄧祿普公司也已量產(chǎn)C/C復合材料剎車片，用作賽車、火車、戰(zhàn)斗機的剎車材料。

3.液體浸漬法-碳化法

液相浸漬法是制備C/C復合材料的一種重要方法，其設備相對簡單，適用性廣。它是將碳纖維制成的預制體浸入液體浸漬劑中，通過加壓使浸漬劑充分滲入預制體的間隙，然后經(jīng)過固化、碳化、石墨化等一系列循環(huán)，最終得到C/C復合材料。它的缺點是需要反復的浸漬和碳化循環(huán)來滿足密度要求。浸漬劑的組成和結(jié)構(gòu)在液相浸漬中至關重要，它不僅影響致密化效率，而且影響制品的力學和物理性能。提高浸漬劑的碳化收率和降低浸漬劑的粘度一直是液相浸漬法制備C/C復合材料需要解決的關鍵問題之一。浸漬劑粘度高、碳化收率低是C/C復合材料成本高的重要原因之一。改善浸漬劑的性能不僅可以提高C/C復合材料的生產(chǎn)效率，降低其成本，還可以改善C/C復合材料的各項性能。C/C復合材料的碳纖維在空氣中的氧化從360℃開始，石墨纖維略好于碳纖維。初始氧化溫度為420℃，C/C復合材料的氧化溫度約為450℃。C/C復合材料在高溫氧化性氣氛中易被氧化，氧化速率隨溫度的升高而迅速增加。如果沒有防氧化措施，C/C復合材料長期在高溫氧化環(huán)境中使用必將導致災難性后果。因此，C/C復合材料的抗氧化處理已成為其制備過程中不可或缺的一部分。從抗氧化技術來看，可以分為內(nèi)部抗氧化技術和抗氧化涂層技術。