碳陶复合材料在科技创新方面的发展情况和未来发展趋势
思瀚产业研究院    2023-02-10

（1）碳/陶复合材料简介

碳/陶复合材料是指由碳纤维作为增强体，碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料。碳/陶复合材料不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐 冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱、热膨胀系数小、比重轻等优点，同时还克服了 一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点，是公认的理想高温结构材料和摩擦材 料之一。

（2）碳/陶复合材料的制备方法

目前，碳/陶复合材料的制备方法主要包括先驱体转化法、化学气相沉积法、 反应溶体浸渗法等，通过上述方法将碳化硅填充到碳纤维预制体中或填充、涂覆在碳/碳复合材料的孔隙或表面。

1）先驱体转化法

先驱体转化法是在一定的温度和压力下，将液态含硅有机化合物浸渗到多孔碳纤维预制体中或碳/碳复合材料的孔隙中，然后经过干燥和热处理，使先驱体 发生热解并得到所需的碳化硅基体，从而得到碳/碳化硅复合材料。

2）化学气相沉积法

化学气相沉积法是利用三氯甲基硅烷、四氯化硅等含硅的有机物为前驱体，在高温下热解产生碳化硅沉积在碳纤维预制体孔隙内或碳/碳复合材料的孔隙中， 从而得到碳/碳化硅复合材料。 3）反应溶体浸渗法 反应溶体浸渗法是在高温下将液态硅渗入到碳纤维预制体中或碳/碳复合材 料的孔隙中，从而得到碳/碳化硅复合材料。

（3）碳/陶复合材料的发展趋势

国际上首先将碳/陶复合材料应用于制动摩擦材料的研究始于 20 世纪 90 年 代。20 世纪 90 年代中期，德国宇航院与 SGL（西格里集团）率先在这一领域展 开研究，并成功用于保时捷赛车和奥迪等少量高档车型。随后，美国橡树岭国家 实验室与霍尼韦尔高级复合材料公司等企业开展合作，共同研制低成本的碳/陶 复合材料刹车片。

同时，法国、日本、韩国等也相继在碳/陶刹车材料领域展开 研究，法国部分高速列车和日本新干线已经使用碳/陶复合材料闸瓦。 碳/陶复合材料作为热防护材料也有着广泛的应用。碳/陶复合材料的主要基 体成分碳化硅具有耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，能满足 1,650℃高温使用，可用于航天飞机的热防护系统，冲压发动机、航天器推进室 等部件和产品。在光伏和半导体领域，相比于现有纯碳基的热场部件，碳/陶复 合材料具有更好的抗硅蒸汽腐蚀能力，在碳/碳复合材料表面形成涂层，能有效 防护 SiO、Si等对碳纤维的侵蚀，大幅提高产品的使用寿命。

我国从 20 世纪 80 年代开始对作为航空航天结构部件的碳/陶复合材料开展研究，并取得了较大进展；但作为制动摩擦材料，直到 21 世纪初期，国内才开 始进行关注。目前，经过科研创新与技术积累，国内少数企业已经具备了制备碳 /陶复合材料的相关技术和工艺，低成本、规模化的制备工艺成为目前碳/陶复合 材料的研究重点和发展趋势。