7.2 碳/碳复合材料的制造工艺
鉴于碳/碳复合材料制备工艺存在周期漫长的状况，存在工序繁多的情形，存在成本高昂的情况，因而，去研发新型高效的制备技术，去降低成本，这是碳/碳复合材料往后重要的研究内容当中的一项。
最初的碳/碳复合材料，是借助碳纤维织物两向增强而成的，其基体是通过热固性树脂且碳收率高（像是酚醛树脂）经热解而获取的。运用增强塑料的模压技术，把两向织物与树脂制造成层压体，接着对层压体开展热处理，致使树脂转变为炭或者石墨。这种碳/碳复合材料，在织物平面以内强度较高，在其他方向上性能糟糕，不过因抗热应力性能以及韧性有所改进，并且能够制造尺寸大、形状复杂的零部件，所以，依旧存在一定用途。
针对克服两向增强的碳/碳复合材料的不足，展开对多向增强的碳/碳复合材料的研究开发，该复合材料能够基于需求开展材料设计，以此达成某一方向上性能的最终诉求。通过控制纤维的方向、某一方向上的体积含量、纤维间距以及基体密度，选取不同种类的纤维、基体以及工艺参数，进而获得具备所需力学、物理以及热性能的碳/碳复合材料。
碳/碳复合材料制备原理是这样的，先是把增强纤维制作成预制体，接着呢用树脂或者沥青等有机物对预制体进行浸渍以及填充从而得到坯件，然后再把坯件通过热处理办法在惰性气氛里将有机物转化成炭进而得到碳/碳复合材料。
制取碳/碳复合材料的关键流程是，先进行预制体的制造活动，再来实施致密化的处置举措，最后开展最终高温的热加工处理。
7.2.1 预制件的制造
7.2.1.1 碳纤维的选择
碳/碳复合材料的质量，首要取决于碳纤维的质量，而碳纤维的级别，被列于表7.1当中。
表 7.1 碳纤维的级别
加载中...
有多种碳纤维种类可供选用，其中包括黏胶基碳纤维，还有聚丙烯腈（PAN）基碳纤维以及沥青基碳纤维，目前最常用的 PAN 基高强度碳纤维（像 T300）具备所需的强度、模量以及适中的价格，要是要求碳/碳复合材料产品强度与模量高，并且热稳定性良好，那就选用高模量、高强度的碳纤维，若要求热导率低，像黏胶基碳纤维这种低模量碳纤维则被选用，当前黏胶基碳纤维应用较少，不过正处于发展态势中的低成本高模量沥青基碳纤维却有着一定的发展前景。
大多数应用的碳/碳复合材料，满足其他要求时，期望强度与断裂应变越高越好，故而常选用高强度碳纤维。然而，需留意碳纤维的表面活化处理及上胶问题。采用表面处理后活性过高的碳纤维，会致使纤维与基体的界面结合过好，反倒让碳/碳复合材料呈现脆性断裂，令强度降低。所以，要注意挑选合适的上胶胶料以及纤维织物的预处理制度，以此保证碳纤维表面具备合适的活性。
制造碳/碳复合材料的基础在于碳纤维的选择，其选择要依据材料的用途，根据所使用的环境，还要考虑为获取易于渗碳的预制件。通过合理挑选纤维种类，以及织物的编织参数，像纱束的排列取向、纱束间距、纱束体积含量等，能够改变碳/碳复合材料的力学性能与热物理性能，从而满足产品性能方向设计的要求，一般会用加捻、有涂层的连续碳纤维纱。在碳纤维纱上涂覆薄涂层，目的是为了编织更方便，进而改善纤维与基体的相容性。在将其用于结构材料这一状况之时，要去挑选具备高强度以及高模量的纤维，纤维的模量要是越高的话，那么复合材料的导热性就会越好；倘若密度越大，那么膨胀系数就会越低；当要求热导率低的时候，那就选择低模量的碳纤维。一束纤维之中通常含有1000至10000根单丝，纱线的粗细对基体结构的精细程度起着决定作用。有时，只为了符合某种编织结构的需求，会把同类型的纱合在一起。此外，还得从价格、纺织形态、性能以及制造过程里的稳定性等多个方面的因素出发来选用碳纤维。
可让人用来进行选取选用的碳纤维种类之中有加胶水作为基础的碳纤维，有以聚丙烯腈即PAN为依据作为基础的碳纤维，还有取沥青当作基础的碳纤维。
当前，最为常用的 PAN 基高强度碳纤维比如 T300，具备所需的强度、模量以及适中的价格。要是要求碳/碳复合材料产品强度高、模量高且热稳定性良好，那么就应当选用高模量、高强度的碳纤维；要是要求热导率低，那就需选用低模量碳纤维比如黏胶基碳纤维。在挑选高强度碳纤维之时，要留意碳纤维的表面活化处理以及上胶问题。采用表面处理后活性过高的碳纤维，致使纤维和基体的界面结合过于良好，反倒让碳/碳复合材料呈现脆性断裂，造成强度降低。因此，需要留心选用合乎要求的上胶胶料，还要关注纤维织物的预处理制度，如此做方能确保碳纤维表面存有恰当的活性。
7.2.1.2 编织结构的设计
毛坯是按产品形状和性能要求，先把碳纤维成型为所需结构形状的，这被称作预制体。预制体能便于进一步进行碳/碳复合材料致密化工艺。预制体按照增强方式分，有单向（1D）纤维增强的，还有双向（2D）织物增强的，以及采用多向织物增强的。这些双向织物和多向织物增强的预制体，均采用近年迅速发展的多向编织技术。多向编织技术包括三维（3D）编织，还有4D编织、5D编织、6D编织、7D编织，甚至11D编织、极向编织等。编织技术能划分成单向编织以及多向编织这两类，又能够分成机器编织与手工编织这两种不同形式，而机器编织进一步细分下去有径向编织以及纬向编织这两种款式。机器编织技术由于其生产出来的产品容易出现起毛或者断裂的状况，所以没能收获广泛应用；手工编织技术借着其产品不存在类似机器编织那种稳定性的理由而取得广阔地发展运用场面。当下，运用频率较高的是手工编织以及交叉编织，相对较为先进的是穿刺编织技术这种类型。机器编织技术同样也在持续获取改进优化的提升。多向编织也是常常会被使用的预制体编织办法，细编至于超细编能够制造出质量不错的碳/碳复合材料。
（1）有两向织物，常用的那种常常采用正交平纹碳布以及八枚缎纹碳布。平纹结构性能再现性良好，缎纹结构拉伸强度颇高，斜纹结构比平纹更易于成型。因为双向织物生产成本比较低，双向碳/碳在平行于布层的方向拉伸强度比多晶石墨高，还提高了抗热应力性能和断裂韧性，较易制造大尺寸形状复杂的部件，这使得双向碳/碳持续获得发展。双向碳/碳的主要不足之处是：垂直布层方向的拉伸强度较低，层间剪切强度较弱，所以容易产生分层。
