50年來, 炭/炭復(fù)合材料的發(fā)展極為迅速, 在原材料、 致密化工藝、 性能測(cè)試分析等基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究方面, 都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。炭/炭復(fù)合材料屬于典型的高新技術(shù)材料, 在高溫長(zhǎng)壽命的應(yīng)用場(chǎng)合, 炭/炭復(fù)合材料具有其他材料無可比擬的優(yōu)越性, 最初其應(yīng)用只限于航空、 航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域, 經(jīng)過多年的發(fā)展, 其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到汽車、 火車、 體育和醫(yī)學(xué)等諸多民用領(lǐng)域, 應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大。目前, 所有發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨大的人力、 物力和財(cái)力, 對(duì)新型炭/炭復(fù)合材料的制造新技術(shù)展開研究, 以期在該領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。

我國(guó)從20世紀(jì)70年代初開始研制炭/炭剎車裝置, 但由于研究力量分散、 資金缺乏、 原材料不能及時(shí)配套等原因, 基本上是小打小鬧, 未能取得技術(shù)上的突破, 更談不上制品產(chǎn)業(yè)化。中南大學(xué)、 航天43研究所等單位在近十幾年研究的基礎(chǔ)上, 已經(jīng)能夠進(jìn)行炭/炭復(fù)合材料剎車裝置的生產(chǎn), 產(chǎn)品性能也在逐步改善。

研究和發(fā)展高性能炭/炭復(fù)合材料是航空、 航天和國(guó)防工業(yè)等的迫切需要。炭/炭復(fù)合材料自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)以來, 由于其密度低于2.0 g/cm3、 高溫力學(xué)性能和抗燒蝕性能良好(使用溫度2300~3500 K)、 優(yōu)異的摩擦磨損性能、 熱容量大、 良好的抗熱震性、 化學(xué)穩(wěn)定性好、 比強(qiáng)度、 比模量和斷裂韌性高等優(yōu)良性能, 已被發(fā)達(dá)國(guó)家成功用于航天飛機(jī)的機(jī)翼前緣、 鼻錐、 貨艙門, 高推重比(15~20)戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪(工作溫度2000 ℃以上), 高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、 喉襯、 燃燒室等, 新一代先進(jìn)飛機(jī)的剎車材料, 以及火箭、 飛機(jī)的密封圈等構(gòu)件, 是航空、 航天工業(yè)和國(guó)防領(lǐng)域的關(guān)鍵性的基礎(chǔ)材料[19-21]。近年來, 在高技術(shù)的民用方面也呈拓展之勢(shì)。

研究和開發(fā)快速CVI技術(shù)是市場(chǎng)和緊急情況的要求?；瘜W(xué)氣相滲透是制造高性能炭/炭復(fù)合材料的關(guān)鍵工序。提高增密速度、 熱解炭結(jié)構(gòu)的多樣化和材料的抗氧化是當(dāng)前制備炭/炭復(fù)合材料的三大難點(diǎn)課題。由于其沉積周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)百小時(shí)以上, 且需多次循環(huán)沉積, 以至于成本居高不下, 應(yīng)用受限制, 而且需要提前半年以上訂貨, 難以滿足市場(chǎng)變化和緊急情況的要求, 所以快速CVI技術(shù)成為當(dāng)前研究的重要課題之一; 熱解炭的結(jié)構(gòu)及界面結(jié)構(gòu)直接影響炭/炭復(fù)合材料的性能和應(yīng)用, 而粗糙層結(jié)構(gòu)和各向同性結(jié)構(gòu)熱解炭的獲得相對(duì)較困難, 因此結(jié)構(gòu)的控制也是CVI技術(shù)的重要課題之一; 炭/炭復(fù)合材料在航天、 航空、 熱結(jié)構(gòu)等方面的應(yīng)用過程中, 需要和氧直接接觸, 易被氧化, 而且不同環(huán)境中, 溫度從幾百度到三千多度, 對(duì)抗氧化的體系也要求不一樣, 在超高溫氧化環(huán)境下使用, 至今是炭/炭復(fù)合材料的重要研究課題。

研究和開發(fā)快速CVI技術(shù)是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的迫切要求。發(fā)達(dá)國(guó)家不僅嚴(yán)守技術(shù)秘密, 而且從沒停止過對(duì)快速CVI工藝研究開發(fā), 其中美國(guó)達(dá)信公司開發(fā)的CLVI工藝, 把致密時(shí)間縮短了100倍; 美國(guó)佐治亞理工大學(xué)在美國(guó)空軍支持下開發(fā)的FCVI工藝, 在8~12 h內(nèi)制備出孔隙率僅為7%的炭/炭復(fù)合材料; 近年來德國(guó)對(duì)傳統(tǒng)的等溫CVI又作了根本性的改進(jìn)。由于在一個(gè)多孔體系同時(shí)存在氣體均相反應(yīng)和氣固界面的異相反應(yīng), 有機(jī)碳源氣體熱解形成的中間產(chǎn)物種類多種多樣, 使得CVI反機(jī)理非常復(fù)雜; 到目前為止, 人們對(duì)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理還沒有完全認(rèn)識(shí)清楚。所以, 必須加強(qiáng)炭/炭復(fù)合材料的研究, 以確保在經(jīng)濟(jì)、 技術(shù)、 軍事等方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。