碳纳米复合材料在军工领域的应用

  碳纳米纤维具有较高的长径比、完善的石墨化结构、好的热传导性及导电性.表面有一定的化学活性等特点,因此其一种重要用途是作为改进力学性能的增强剂,应用在复合材料领域以提高基体的拉伸、冲击强度和模量,以及导电导热性。

  1.洲际弹道导弹的鼻锥

  碳纳米复合材料已成为制造火箭和导弹必不可少的材料。无论是战术导弹还是战略导弹,都大量采用先进复合材料。洲际弹道导弹(ICBM)是先进战略武器中的杀手锏。ICBM都是再入式弹头,重返大气层时由于空气阻滞和气动加热,弹头要经受苛刻的热环境、防热和隔热成为核心技术之一。烧蚀防热是一个化学与物理过程,由于碳鼻锥重返大气层时受到气动加热,C/C复合材料发生氧化.分解.气化和升华,带走大量热能。

  同时,生成的碳化层起到隔热功能,阻止热量向内部传递。在整个烧蚀过程中,依靠碳端头烧蚀.减薄来换取弹头的热安全,使其安全再入而击中目标。

  2.飞机制动刹车材料

  碳纳米复合材料不仅具有高比强度、高比模量、高比热容、高热导率,低密度.低热膨胀系数和低磨损率,而且耐热冲击,是优异的制动刹车材料之一。飞机在降落着陆过程中,靠自动刹车盘使其动能转化为热能,在有限长的跑道上停止。因此,在制动刹车过程中温度为700~ 900℃,急刹车时温度要高达2000℃。在苛刻的刹车热环境中,碳纤维复合材料制动刹车盘显示出优异的性能。

  碳/碳制动器与钢制动器的性能比较,低密度、低热膨胀系数和低磨损是碳/碳制动器的特性,而在高温下强度高、热导率高、比热容大和使用温度高显示出其在高温环境中的独特性能。综合上述优异性能,碳纤维复合材料成为当今制造飞机制动刹车的先进材料。

  纳米纤维作为一种新型碳纳米材料,具有优异的物理和化学特性,已经引起了世界各国的广泛关注,发达国家从战略高度投入巨资研究与开发碳纳米纤维及其复合材料,同时,碳纤维材料历来是国外对我国的禁运产品。为了打破外国封锁,满足国内先进复合材料和杀手锏武器研制的需要,提高我军武器装备现代化水平、我国军事实力和综合国力,研究具有自主知识产权的连续碳纤维材料具有重要意义。