供稿人:彭钢 发布日期：2017-07-04
C/C复合材料由于优异的耐高温性能、低密度、高强度等特点，在航空航天、内燃机领域得到广泛研究与应用，是唯一能在2000℃以上依旧保持高温强度的工程材料。基于其中碳纤维(CF)类型的不同,C/C复合材料可分为连续纤维增强和短切纤维增强C/C复合材料。前者在近数十年中得到快速发展、应用，然而其制备手段依旧基于传统的纤维布编织方法，具有过程复杂、工艺要求高等不足。短切碳纤维C/C复合材料虽然在综合性能上不如前者，但工艺流程简便，材料回收利用率高，具有较高的实用性。而当面对工程实际应用，传统短切碳纤维C/C复合材料工艺难以实现高精度、复杂结构快速成形，3D打印技术为此提供了一种可靠的途径。
中南大学的研究者Yi Xu等人通过选区激光烧结工艺(SLS)制备了短纤维增强酚醛树脂复合材料前驱体，并结合化学气相渗透法经1100℃处理，成功获得高强度C/C复合材料，其工艺过程如图1。
图1 C/C复合材料制备流程
在较高的放大倍数下可以看出热解碳基体与纤维之间的界面结合优异，复合材料的强度相比于无纤维增强提升了200%以上。最终通过以上工艺成形具有复杂结构的功能件，如图3所示。
图2 复合材料微观结构a)b)c)电镜图片d)偏光显微图
图3 a)b)实体模型 c)d)CAD模型
3D打印技术实现了材料结构和功能的一体化设计，未来可用于高精度、高性能、复杂C/C复合材料零件的生产。