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科技云
作者:任增荣 赵蓉 赵炫竹    来源:解放军报    2020-05-08

    碳纤维复合材料,是由有机纤维经过一系列热处理转化而成、含碳量高达90%的无机高性能纤维,是大型整体化结构的理想材料,如今在诸多领域得到应用。

  上空天   

  在航空航天制造领域,应用碳纤维复合材料极其重要。因为飞行器在飞行过程中运动速度高、过载大,选材制造时对材料强度和质量要求异常严格。而碳纤维复合材料作为现有结构强度大、相对质量轻的特殊材料,其强度是钢的5倍、铝的3倍,而比重只占铝的1/2、钢的1/5,能够很好满足飞行器选材要求。

  此外,碳纤维复合材料具备耐高温特性。当航天器高速进入大气层时,由于绝热压缩空气的阻力,其表面的温度非常高。用碳纤维复合材料制成的抗烧蚀材料,热力学性能优异,可在3837℃高温下保持255秒不被烧蚀。这样一来,航天器通过大气层时自然就安然无恙了。

  下大洋 

  在舰船制造领域,也不可或缺碳纤维复合材料。与钢和铝相比,在舰船重要部位添加碳纤维复合材料,虽会使制造成本增加50%至150%,但对许多海军舰船来说,依然是值得的。因为舰船耐用性的延长,更有利于后续保养成本的降低。

  早期海军舰船的螺旋桨材料都是镍铝铜合金,加工的叶片不但成本高,而且在使用中叶片容易疲劳产生裂纹,声学阻尼性也相对较差。在螺旋桨材料中添加碳纤维复合材料后,由于其高密度的性能特征,能够承受更大的水动力和离心力,使这些问题迎刃而解。

  此外,在舰船武器外罩和导弹冲击遮护板上添加碳纤维复合材料,还能有效降低外部高速射弹和榴霰弹对舰船甲板、防护板的冲击损伤。

  固楼宇 

  在基建领域,碳纤维复合材料具有的耐高温、自重轻、高模量等优点,非常契合当前建筑工程对建筑材料的使用需求。

  由碳纤维复合材料制造衍生出来的碳纤维布、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维筋等材料,因具有良好的力学性能、耐久性能等,已成为施工建设过程中的材料首选。比如,施工企业要提升建筑的承载力时,常常会选择那些强度较高的碳纤维布;要提升建筑的刚性时,则会选择碳纤维板;要进行嵌入式施工时,往往会选择碳纤维条带。

  此外,得益于耐久性、抗腐蚀的优势,用碳纤维复合材料制造的碳纤维筋,和钢筋搭配应用于混凝土中,能在使用环境腐蚀风险较大的情况下,确保建筑结构的长久稳固性。

责任编辑:朗嘎卓玛
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