一、碳纖維復合材料的發展和戰略地位

碳纖維的出現是材料史上的一次革命。碳纖維是目前世界首選的高性能材料，具有高強度、高模量、耐高溫、抗疲勞、導電、質輕、易加工等多種優異性能，正逐步征服和取代傳統材料�，F已廣泛應用于航天、航空和軍事領域。世界各國均把發展高性能碳纖維產業放在極其重要的位置。碳纖維除了在軍事領域上的重要應用外，在民品的發展上有著更加廣闊的空間，并已經開始深入到國計民生的各個領域。在機械電子、建筑材料、文體、化工、醫療等各個領域碳纖維有著無可比擬的應用優勢。

碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。經過二十多年的發展，碳纖維及其復合材料已從初創期轉入增長發展期，其工業地位已基本確立，美、日、英、法、德等國的碳纖維產量已經占世界產量的絕大部分，并已逐步形成壟斷優勢。

我國對碳纖維的研究由于起步較晚，技術力量薄弱，雖然碳纖維及其復合材料在我國已被納入國家“863”和“973”計劃，但總體情況不盡理想，我國仍不具備成熟的碳纖維工業化生產技術，國防和民用碳纖維產品基本依賴進口。

二、碳纖維復合材料的性能和用途

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現出很高的強度，且碳纖維比重小。

1、碳纖維的化學性能

碳纖維是一種纖維狀的碳素材料。我們知道碳素材料是化學性能穩定性極好的物質之一。這是歷史上最早就被人類認識的碳素材料的特征之一。除強氧化性酸等特殊物質外，在常溫常壓附近，幾乎為化學惰性�？梢哉J為在普通的工作溫度≤250℃環境下使用，很難觀察到碳纖維發生化學變化。根據有關資料介紹，從碳素材料的化學性質分析，在≤250℃環境下，碳素材料既沒有明顯的氧化發生，也沒有生成碳化物和層間化合物生成。由于碳素材料具有氣孔結構，因此氣孔率高達25％左右，在加熱過程易產生吸附氣體脫氣情況，這樣的過程更有利于我們穩定電氣性能和在電熱領域的應用。

2、碳纖維的物理性能

（a） 熱學性質

碳素材料因石墨晶體的高度各向異性，而不同于一般固體物質與溫度的依存性，從工業的應用角度來看，碳素材料比熱大體上是恒定的。幾乎不隨石墨化度和碳素材料的種類而變化。

（b） 導熱性質

碳素材料熱傳導機理并不依賴于電子，而是依靠晶格振動導熱，因此，不符合金屬所遵循的維德曼—夫蘭茲定律。根據有關資料介紹，普通的碳素材料導熱系數極高，平行于晶粒方向的導熱系數可與黃銅媲美。

（c） 電學性質

碳素材料電學性質主要與石墨晶體的電子行為和不同的處理溫度有關，石墨的電子能帶結構和載流子的種類及其擴散機理決定了上述性質。碳素材料這類電學性質具有本征半導體所具備的特征，電阻率變化主要與載流子的數量變化有關。

3、碳纖維的主要用途

與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，做成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。

由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。

最神奇的應用是采用長碳纖維制成的“納米繩”可以將“太空電梯”由理想變為現實，太空電梯將可以將乘客和各種貨物運送到空間軌道站上，也可以用這種“納米繩”將太空中發射平臺與地面固定在一起，在這樣的發射平臺上發射人造衛星和太空探測器就可以大大降低發射成本。

總結碳纖維復合材料的現實應用有以下幾個方面：
 

（1）宇航工業 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛星構架、天線、太陽能翼片底板、衛星-火箭結合部件；航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構架，太陽能電池板和無線電天線。

（2）航空工業 用作主承力結構材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發動機艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車片。

（3）交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。