炭炭复合材料产业概述

第一节 炭炭复合材料产业界定及主要产品

一、产业定义

炭炭复合材料指以炭纤维为增强体、以炭为基体的复合材料，采用特殊工艺将两种不同特性的炭或石墨材料复合成一体，使其具有炭材料和纤维增强复合材料的双重特征，广泛应用在航空、航天和民用工业领域。

二、主要产品及应用情况

作为抗烧蚀短时使用的材料，炭炭复合材料已在航天工业中得到成功地应用；作为耐磨材料，最成功的范例是炭炭复合材料飞机刹车盘、在这方面已形成了成熟的市场；在其他核能、冶金、医疗、汽车、体育用品等不少领域也逐步得到应用；生产单、多晶硅及半导体材料领域；在有色金属、钢铁冶金领域需求大量的高温导热承力部件和紧固件，炭炭复合材料由于其具有的高温力学性能和导热能力，具备极高的性价比优势；热场是硅材料成晶的最重要条件之一，单晶炉的热场梯度直接影响着单晶的质量好坏，炭炭复合材料(坩埚托、发热体、保温材料、紧固件）能满足各种大尺寸的热场要求，具有纯度高、力学性能高等特点，相比石墨产品而言具有明显的性能优势和极高的性价比。

 第二节 炭炭复合材料产业发展历程

 炭炭复合材料的发展大致可划分为三个阶段：从炭炭复合材料的发明到六十年代中期为基础工艺研究阶段；从六十年代中期到八十年代中期为应用开发阶段，以炭炭飞机刹车盘、耐烧蚀炭炭复合材料和航天飞机抗氧化炭炭鼻锥帽的应用为代表；八十年代中期到现在，为炭炭复合材料民用领域的开发应用阶段，以高温炉炭炭复合热场材料为代表。

1、第一阶段

炭炭复合材料是以炭纤维增强炭基体的复合材料，该材料源于一次意外的发现，1958年美国CHANCEVOUGHT实验室进行碳/酚醛实验时失误导致得到炭基体。由此，在复合材料家族中又增加了一个新成员。炭炭复合材料自50年代末问世起就引起了全世界的关注，各发达国家纷纷投入这方面的研究。但在最初几年发展缓慢，即所谓的60年代初期的低性能阶段。

 2、第二阶段

1963年，日本学者大谷杉郎成功地研制出了沥青基炭纤维，使制造高模、高强、低成本的炭纤维等成为可能，极大促进了炭炭复合材料的研制。到60年代末期，美国已成功地将炭炭复合材料用于火箭喷管，英国Dunlop公司则在1974年成功地将炭炭复合材料刹车盘用于协和号飞机。自70年代起，炭炭复合材料在美国和欧洲得到很大发展，推出了炭纤维多向编织技术、高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法(CVI），并利用这些方法制得了高密度的炭炭复合材料，为炭炭复合材料的制造、批量生产和应用开拓了思路。

3、第三阶段

80年代以来，炭炭复合材料的研究极为活跃，更多国家进入这一研究领域，在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。炭炭复合材料的应用领域也从航空航天领域扩展到核能、冶金、医疗、汽车、体育用品等众多部门。

我国在20世纪七十年代初开展炭炭复合材料研究，八十年代末期启动民机炭刹车盘材料的研究工作，有华兴航空机轮公司、烟台冶金新材料研究所、中南大学、西安航天复合材料研究所超码科技有限公司、北京航空材料研究院等单位。经过10多年艰辛攻关，各单位制造出不同类型民机用的炭刹车盘材料，先后用于新舟60型飞机，B757-200型飞机，MD-90型飞机，实现了我国炭炭复合材料具有里程碑意义的第四个重大突破。

 从八十年代初固体火箭发动机的炭炭喉衬到目前飞机碳刹车摩擦材料、导弹弹头防热材料、高温炉炭炭热场材料的应用，我国炭炭复合材料的发展取得了举世瞩目的成绩。

 
    第三节 炭炭复合材料产业在国民经济中的地位

2010年我国新材料产业规模超过6500亿元，与2005年相比年均增长近20%。“十二五”期间，我国新材料产业预计总产值将达2万亿元，年均增长率超过25%，到2015年要建立起具有一定自主创新能力、规模较大、产业配套齐全的新材料产业体系；到2020年，新材料产业成为国民经济的先导产业，主要产品能满足国民经济和国防建设的需要。

新材料是七大战略性新兴产业之一，对于支撑战略性新兴产业发展，促进传统产业转型升级，保障国家重大工程建设，具有重要战略意义。新材料应用也很广泛，几乎可以渗透到国民经济各个领域，医用、环保、电子信息、建筑、化工等领域的新材料需求空间巨大。

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