碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上,具有十分优异的力学性能,与其他高性能纤维相比,有最高比强度和最高比模量。特别是在2000°C以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、到点导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。因此,碳纤维复合材料也同样具有其他复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩,尤为世人所瞩目。

C/C复合材料材料是未来新材料的主要爆发点,我认为,目前研发重点不在于对它们制备的重复研究,而在于对它们在制备过程中的应用研究,尤其在于对传统行业、新能源产业的改性研究。

碳碳复合材料发展的社会必要性-复合材料网
碳碳复合材料发展的社会必要性-复合材料网

用先进的材料代替进口的传统材料

传统的等静压石墨和炭毡或石墨毡作为保温隔热仍为主流。世界上只有日本吴羽化学、东海碳素、东洋碳素等少数几家公司有少量的碳一碳复合材料产品投放市场。日本、德国、法国有几个用碳一碳复合材料制造坩埚的工艺方面的专利,说明碳一碳复合材料在这个领域的应用还处于探索阶段。

社会的可持续发展

2011年3月份的日本地震、日本福岛核电站危机让人类生存环境受到巨大的威胁,可持续发展的光伏产业倍受青睐。地震对等静压石墨料也是一个很大打击,新日本碳、吴羽化学因地处仙台或靠近仙台,东洋,东海也因电力不足而下调了出货预期,下半年石墨减产、缺货已成定局。国内诸多石墨热场生产厂家主要吃的是日本料。加热器和坩埚供货将会十分困难。南方搏云今年扩产可为市场提供碳一碳复合材料坩埚与加热器,或可少许缓解紧缺的石墨市场。

新材料代替的意义

1)实现材料更新换代:改良西门子法制造高纯硅,为提高尾气循环回收效率、实现闭环环保生产,普遍采用热氢化工艺。进口的大型氢化炉内的隔热罩,有的采用不锈钢,有的采用石墨。高温腐蚀性气体使不锈钢保温罩很易损坏,迫使厂家很快谋求更换;大型高纯石墨很昂贵,多块石墨拼接的保温筒,笨重、昂贵,其隔热效果很差。用先进碳一碳复合材料取代传统的材料,提升了产品品质,降低了能耗,降低了产品成本;

2)提高产品可靠性:碳一碳复合材料强度为传统材料的10倍,换代材料推动了结构设计的改进,整体坩埚取代3瓣埚;整体导流筒、整体大盖板取代组合件等,大大提高设备的安全性、经济性、可靠性和可维修性;

3)提高产品的使用性能:碳一碳复合材料的整体性好,表面光洁规整,耐高温、抗热震、耐酸碱腐蚀,劣化慢,寿命长,降低了耗材的消耗;热场性能持续稳定,稳定了产品质量,提高了成品率,降低了消耗。

发展新型碳素材料有利产业结构调整

高性能碳.碳复合材料,在硅晶体生长炉上的大批量应用;有利于促进碳纤维产业技术工艺的进步,有利于提高我国碳纤维产业的制造水平;大型真空装备设计制造技术的持续改进和持续大型化,把制造碳一碳复合材料的关键工艺装备水平推上了一个又一个新台阶。

带动高性能碳.碳复合材料风力发电、冶金、新材料、先进船舰飞机制造等领域的应用,大大提高了各种装备的技术含量,促进我国整体工业技术进步,在拉动碳纤维产业发展的同时,提高复合材料的制备技术和应用水平。

降低进口依存度,促进技术进步

国外严格控制向中国出口大型高纯等静压石墨及其制品,中国必须自己解决问题。用碳一碳结构材料、低密度碳一碳复合固态毡制造硅晶体炉热系统,取代进口产品,实现设计、产品制造国产化。推广普及使用碳一碳复合热场材料,为提高热场设计水平、为客户提供完整的解决方案创造了条件。几年的实践证明了这一点。碳一碳复合热场材料不仅解决和缓解了大型热场系统供不应求的矛盾,迫使进口产品大幅降价,还促进了具有自主知识产权的热场设计制造技术的发展。

作者简介:

孟庆丽,资深碳纤维领域投资人士,专注于碳纤维已经有3年多了,具备宏观和微观视角,也和多家优质的企业及行业专家进行交流,并投资过碳纤维产业链公司。目前就职于一家投资管理公司,关注领域包括:消费升级、新材料、医药健康、TMT。