碳碳复合材料的物理性能（碳碳复合材料CC）

　　固体火箭发动机的喷管是换能器，它将壳体内装药的化学能转变为动能，装药燃烧后产生的高温高压气体经收敛扩散从喷管以马赫数为3.0~4.5超音速喷出，从而产生推力，推动火箭飞行。固体火箭喷管由于要承受高达3500℃的燃气温度，5~15MPa的压力，且液、固体粒子冲刷，高温燃气的化学腐蚀，因而工作环境极为严酷。由于没有冷却系统，燃气的高温必须由其自身承担，特别是喉衬部分工作环境最为恶劣，且要求其尺寸不能因烧蚀冲刷而变化。否则喉径变大，压力随之下降，而压力下降，推力则下降，这是不能允许的。

　　在50年代的第一代喷管多采用高强石墨作为喉衬。在60年代以“民兵”导弹作为代表的喷管多采用钨渗铜、渗银材料作为喉衬。到了70年代末以MX导弹（图1）为代表的喷管多采用C/C材料作为喉衬材料，而到了80年代由于C/C材料制造技术的进步，以三步叉戟导弹为代表，大部分战略导弹都采用了C/C喉衬、C/C扩散段等材料。到了90年代C/C螺钉、C/C销钉、C/C锁片等C/C制品陆续应用于固体火箭的喷管。

　　C/C喉衬密度低，约为1.75~1.90g/cm3，与钨渗铜喉衬相比为其的1/8~1/10（其密度为17.6g/cm3）。其可根据不同的要求进行设计，其断裂因子为石墨的10~20倍，膨胀系数小，在2000~2400℃仅为4~5×10^-6/℃，导热系数可根据密度调节，可耐3800~4000℃的高温，抗氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体的腐蚀，在星角装药的发动机中喉衬烧蚀均匀，无腐蚀台阶、凹坑，更可贵的是在2500℃以下随着温度的升高强度上升，这是其它材料无可比拟的。

　　C/C喉衬的成型工艺有多种方法，如整体碳毡、碳布预氧毡叠层针刺、三维编织、四维软硬混编、四向软编、四向硬编等，其编织密度为0.6~0.9g/cm3，碳毡密度0.12~0.15/cm3。根据要求不同可预先设计编织体的各向纤维含量。

　　C/C喉衬的复合工艺有化学气相沉积，液态树脂沥青浸渍、碳化，化学液气相沉积。碳化方法有中压碳化、高压碳化。高温处理方法有真空石墨化、充气保护石墨化。这些方法可交义使用和循环使用，从而达到预定的热物理、机械和动态烧蚀性能指标。

　　从事固体火箭发动机研制生产的国家从70年代初陆续采用了C/C喉衬。C/C喉衬的使用使发动机的冲质比、可靠性大幅度提高。同时从小尺寸的喉衬逐渐过渡到大型喉衬。一开始C/C喉衬内径仅为60~80mm，主要用于星系小型发动机，进而达到中100~200mm。

　　到了90年代，以法国阿里安5号为代表的固体火箭喷管大型C/C喉衬内径尺寸达900mm，外径达1060mm，说明具备了制备大型C/C喉衬的能力。作者在俄罗斯看到的C/C喉衬内径达800mm，外径1000mm，与法国水平相当。我国从70年代将C/C喉衬应用于固体火箭发动机。到目前为止，战略导弹及大部分远射程战术导弹、星系发动机都使用了C/C喉衬，其性能与先进国家水平相近尚有差距。以1999年8月我国固体战略导弹试飞成功为标志，说明差距已缩小。

　　以上这些C/C喉衬都使用了高于或相当于T300性能的碳纤维，多为3K、6KPAN基碳纤维。C/C喉衬对碳纤维的要求，不仅对强度、模量有要求且对碳纤维的断裂伸长、含碳量有较高的要求。从提高喉衬抗热震能力考虑，希望碳纤维有高的导热系数和低的膨胀系数。