碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐腐蚀、耐高温、耐磨损、韧性高，能够广泛用于能源、交通、化工等领域的关键部件，比如摩擦制动材料、耐化学腐蚀叶片等。

陶瓷纤维增强铝活塞（Ceramic Fiber-Reinforced Aluminum Piston,简称CFR活塞，如附图），是一种高新技术产品。现代柴油机采用增压、强化技术后，原有铝合金活塞难以满足材料需求，用CFR 活塞代替普通铝合金活塞已成为发动机行业的趋势。日本、美国、德国等国的发动机生产厂家都在大力研究和推广应用。东南大学材料系历经多年的开发研究，研制成功了陶瓷纤维增强铝活塞，并已在汽车发动机、大马力柴油机上得到应用，与普通铝合金活塞相比，可使活塞使用寿命提高3－5倍，并提高发动机功率，减少装配间隙，降低运行噪音、燃油消耗和废气排放，若用CFR活塞取代奥氏体镶圈铝合金活塞，则可使制造工艺简单，生产成本降低。

该项目设计一项基于POSS-环氧-碳纤维复合材料的生产技术，并将碳纤维/POSS/环氧树脂复合材料应用在轻质运动器械的制造上，以求研发出处于领先地位的具有真正意义的纳米－碳纤维/环氧树脂复合材料轻质运动器械，包括网球拍、羽球拍、自行车、弓箭等。该复合材料同时具有高硬度，高模量，高抗冲击性，耐磨损疲劳老化，良好吸震性的POSS-环氧-碳纤维复合材料。

先进复合材料，尤其是碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻高强、抗疲劳、耐腐蚀、制造工艺灵活、可设计性强、易于实现结构/功能一体化等优异特点，在轻质化、小型化、多功能等方面发挥着越来越重要的作用，在航空航天、工业、绿色能源、文体休闲用品等领域的应用规模呈明显递增趋势。然而，碳纤维复合材料如何应用、其应用能否获得显著效益，对其性能进行全面、科学的测试评价至关重要。另一方面，我国是碳纤维的研发和生产大国，已建和在建的碳纤维产能已达到世界碳纤维总产能的水平，但是其碳纤维性能水平和下游产品的开发明显落后于国外，其中碳纤维及其复合材料性能评价技术的落后是阻碍我国碳纤维应用和发展的重要原因。在国家重大研究项目支持下，北航先进复合材料研究团队建立了一整套碳纤维及其复合材料性能评价系统，可实现纤维、树脂、界面、复合材料等从微观到宏观性能的测试分析与评价，包括物理化学特性测试、微结构分析、工艺特性分析、力学性能测试等，该系统已用于航空航天飞行器、大型风电叶片、新能源汽车等领域，为碳纤维复合材料在相关产品上应用效益的评价、新材料体系的应用和开发提供了重要依据。

LFT已在汽车的防撞内杆、前端框架、仪表盘骨架、车门中间承载板、电瓶箱、座椅骨架板、备胎仓以及车底部护板等结构件和半结构件上得到了广泛应用。华东理工大学聚合物加工研究室解决了LFT生产的技术难点，自主研发了??0吨/年在线混合LFT中试生产线，开发的LFT-PP-30已经应用于发动机防护罩。

内容介绍： PB0 （聚对苯撑苯并二噁哩）纤维正被广泛应用于国防、航空航天、 星球探测等领域。由于PBO聚合物分子规则有序的取向结构使得纤维表面 非常光滑，聚合物分子链之间缺少横向连接，且分子链上的极性杂原子 绝大部分包裹在纤维内部，纤维表面极性也很小。纤维表面光滑且活性 低，不易与树脂浸润，致使纤维与树脂基体结合的界面性能差，界面剪 切强度低。差的界面粘结不能较好地进行力的传递从而影响复合材料综 合性

天津大学突破传统理论的束缚，首次提出了将航空航天领域应用的3D复合材料应用于生物医学骨科领域的理论构想，并就复合材料在生物医学领域应用的基础理论问题进行了研究。研制了三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料骨折外固定架，并在临床应用中取得了良好的效果。 三维编织纤维/树脂复合材料不仅提供了足够的强度和刚度（强度600-1300MPa，模量10-90 GPa），不产生应力遮挡，与传统不锈钢骨折外固定架相比，还具有质量轻、在X光片上无遮挡等突出优点。 三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料骨折外固定架及临床应用 不锈钢与 3D复合材料固定物X光片的比较

成果描述：项目于2012年国家立项（教育部）作为创新创业计划，并资助十万元；同年七月荣获大学生科技“挑战杯”四川省大学生创业计划竞赛一等奖；十一月国家科技部组织在上海参加“首届中国创新创业大赛 获得全国百强 ”奖；年底国家知识产权局授予四项专利权。 该项目是四川大学自主开发的具有国际先进水平和我国自主知识产权的环保型高科技节能产品。“超轻质复合材料CNG气瓶技术”研制团队的部分成员是唯一参加建设、生产过几年轻质复合材料CNG气瓶的团队；该项目是针对目前为减少城市污染而大力发展的压缩天然气汽车研制的一种高科技配套关键产品-气瓶，属于高性能复合材料产品。这类气瓶是融各类内衬的密封性和复合材料的可设计性，高强度，轻重量的特点为一体,大幅度减轻了气瓶重量,又保证承压能力以及使用期间的疲劳寿命；国际上只有少数工业发达国家才具有研究开发生产能力。 全塑料复合材料气瓶已经过广泛的设计、试验和现场的使用试验结果也已证实；这种容器设计可以在汽车运行的环境和条件下安全地工作。全塑料复合材料气瓶是安全的，耐疲劳的，其重量轻和价格之间是相匹配的；目前，这类气瓶己得到世界上广泛的承认和接受，在许多领域内市场正在迅速增加，特别是在各类公共汽车上的应用，分外受到人们的重视和欢迎。这类超轻质复合材料气瓶不仅用于燃气汽车的燃料容器，而且还广泛用于消防，医院以及宇航，井下作业人员的呼吸器，今后将逐步全面替代原有的钢质气瓶和复合二代瓶，市场需求量很大，前景广阔。产品具有极高的经济效益和社会效益，是我国未来最具商业价值的项目，也是国际上正在研究和发展的一类重要高技术产品。 项目采用高密度塑料作内胆，并用计算机控制实现自动化生产；配有调整气瓶成型轨迹和控制机械性能的全套计算机辅助设计软件，可生产多种规格与品种的产品；生产效率高，产品质量稳定，技术成熟可靠；该技术是一个综合应用专利技术和专项技术，建成后的装备及生产技术达到或超过国际先进水平。发展燃气汽车的关键设备就是装天然气的气瓶；气瓶的质量直接关系到燃气汽车运行的安全与成本高低。 目前，国内尚无企业涉足，市场无此类超轻质复合材料CNG气瓶销售；而国外这类轻质复合材料CNG气瓶卖价（1～2）万元/只，价格非常昂贵。国内投资一条生产线仅需2400万元专用和辅助设备，厂房3000㎡，产值2.5～4 亿元，利税2～2.6亿元。超轻质复合材料CNG气瓶（CNG4)样品在四川大学产业科研院里展出，欢迎参观咨询；市场前景分析：该产品用于储存天然气、煤气、石油液化气、氧气、氢气等各种气体的储存；广泛用汽车工业、船、潜水、消防、医药、民用、国防、航空、航天等领域，还可出口国外；主要用于汽车工业集团为新生产汽车配备原装气瓶及城市原有公共汽车和出租汽车的气瓶改装。 超轻质复合材料CNG气瓶的性能指标居国际同类产品先进水平，采用高强度高模量纤维；生产成本低，与国外气瓶相比有很强的性能价格比优势，产品的竞争优势明显；产品具有极高的经济效益和社会效益，是我国未来最具商业价值的项目，也是国际上正在研究和发展的一类重要高技术产品。 国际上只有少数发达国家才具有研究开发生产的能力。这类轻质复合材料气瓶不仅用于燃气汽车的燃料储存，而且还广泛用于消防、潜水、医疗、宇航、以及井下作业人员的呼吸器等等，市场应用前景十分广阔。 近年来，随着超轻质复合材料气瓶材料的成本降低，使得超轻质复合材料CNG气瓶在国内外备受青睐，尤其在轿车、大巴和公交车上的应用极具竞争力。 2014年11月我们调研了全国主要汽车制造集团总部，并与他们交流进行市场合作；如郑州宇通集团、第二汽车制造集团、中国重型汽车制造集团、四川客车集团、成都蜀都客车等公司，并与他们进行了交流；通过交流进行市场合作，我们将根据他们生产的汽车空间来设计气瓶的容量和尺寸大小，我们再按这些汽车制造厂的要求进行设计、生产，满足用户的要求；他们都表示产品出来后将优先选用这类气瓶； 我们看到和了解到郑州宇通客车一辆大巴要安装十一个钢瓶，中国重型卡车一辆要安装十二个钢瓶，蜀都客车要安装六个以上二代或钢瓶，二汽集团的50万辆轿车和与重庆长安公司合作生产的50万辆面包车也都要安装CNG气瓶；了解到各种类汽车都是安装的钢瓶或复合二代瓶；船用的气瓶也是安装的钢瓶或复合二代气瓶。 通过全国主要汽车制造集团总部的调查和国家有关统计部门的资料介绍，国内每年需求气瓶量超过三百万支以上；根据国家“一带一路”发展战略，国外沿线六十多个国家的市场需求量将是很大的；可见国内、外市场需求量十分巨大，前景广阔。与同类成果相比的优势分析：超轻质复合材料CNG气瓶与钢制气瓶相比，超轻质复合材料CNG气瓶具有比强度高、重量轻（是钢瓶的1/5）、安全减震性好等优点，这类气瓶综合了复合材料的高比强度、可设计性以及内衬的良好气密性、优良的耐蚀性等诸多优点，使其达到高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐等优良性能的完美结合。超轻质复合材料CNG气瓶具有耐高压（25MPa），容积大（50L～400L），重量轻（同容积和同压力下，S玻纤气瓶为钢瓶重量的60%，碳纤气瓶为钢瓶重量的35%,高分子材料纤维气瓶为钢瓶重量的1/5），可有效减少动力损失；耐腐蚀性能好，因气瓶采用塑料内胆，天然气中的硫化氢气体和水分对内胆无腐蚀；安全性能高，因内胆无腐蚀，从根本上消除了气瓶爆炸诱因（硫化氢应力腐蚀）；疲劳寿命长，产品经过循环15000次无泄漏，且玻璃钢耐侯性能比钢强，产品设计使用寿命为15年；可设计性强，可根据不同车型生产出不同规格，材质的气瓶，满足不同用户的需要；抗冻及耐瞬时高温烧蚀；防爆性能好，使用安全可靠，危险性小等特点。 该CNG气瓶比强度高，可提高汽车的有效载荷，增加行驶里程。仅这一点就非传统材料的气瓶所能及。 破损安全性好，超轻质复合材料CNG气瓶中有大量的玻璃纤维，每平方厘米上的玻纤多至几万根。从力学观点上看，是典型的静不定系。当超轻质复合材料CNG气瓶万一超载并且少量纤维断裂时，其载荷会迅速重新分配在未破坏的纤维上，这在短期乃至相当一段时间内不致使构件丧失承载能力。如枪击试验，在距气瓶50m 处，分别以7.62mm、12.7mm高射机枪、53式冲锋枪、1.7mm穿甲燃烧弹、30m全爆弹对充满高压气体的复合材料CNG气瓶进行实弹射击。实弹射击时，容器被击中后，瞬间起火，片刻自熄。高压气体从弹孔喷出，引起气瓶弹跳、窜动，甚至飞出几十米外。但子弹孔无扩孔现象，仅比子弹略大，无碎片。复合材料CNG气瓶本身对周围的破坏力仅是瓶体的撞击力，这可通过以合适夹具固定气瓶予以避免。不言而喻，钢气瓶爆破杀伤力就大得多了。 减振性好，超轻质复合材料CNG气瓶中的纤维与基体界面具有吸振能力，故震动阻尼甚高，抗声振疲劳性亦佳。对超轻质复合材料CNG气瓶进行常温爆破、高低温爆破、温度交变试验、疲劳试验、荷载振动试验、荷载坠落、湿强度试验、长期充气储存试验，试验结果与气瓶多年在不同环境下使用的情况是令人满意的。

项目于2012年国家立项（教育部）作为创新创业计划，并资助十万元；同年七月荣获大学生科技“挑战杯”四川省大学生创业计划竞赛一等奖；十一月国家科技部组织在上海参加“首届中国创新创业大赛 获得全国百强 ”奖；年底国家知识产权局授予四项专利权。 该项目是四川大学自主开发的具有国际先进水平和我国自主知识产权的环保型高科技节能产品。“超轻质复合材料CNG气瓶技术”研制团队的部分成员是唯一参加建设、生产过几年轻质复合材料CNG气瓶的团队；该项目是针对目前为减少城市污染而大力发展的压缩天然气汽车研制的一种高科技配套关键产品-气瓶，属于高性能复合材料产品。这类气瓶是融各类内衬的密封性和复合材料的可设计性，高强度，轻重量的特点为一体,大幅度减轻了气瓶重量,又保证承压能力以及使用期间的疲劳寿命；国际上只有少数工业发达国家才具有研究开发生产能力。 全塑料复合材料气瓶已经过广泛的设计、试验和现场的使用试验结果也已证实；这种容器设计可以在汽车运行的环境和条件下安全地工作。全塑料复合材料气瓶是安全的，耐疲劳的，其重量轻和价格之间是相匹配的；目前，这类气瓶己得到世界上广泛的承认和接受，在许多领域内市场正在迅速增加，特别是在各类公共汽车上的应用，分外受到人们的重视和欢迎。这类超轻质复合材料气瓶不仅用于燃气汽车的燃料容器，而且还广泛用于消防，医院以及宇航，井下作业人员的呼吸器，今后将逐步全面替代原有的钢质气瓶和复合二代瓶，市场需求量很大，前景广阔。产品具有极高的经济效益和社会效益，是我国未来最具商业价值的项目，也是国际上正在研究和发展的一类重要高技术产品。 项目采用高密度塑料作内胆，并用计算机控制实现自动化生产；配有调整气瓶成型轨迹和控制机械性能的全套计算机辅助设计软件，可生产多种规格与品种的产品；生产效率高，产品质量稳定，技术成熟可靠；该技术是一个综合应用专利技术和专项技术，建成后的装备及生产技术达到或超过国际先进水平。发展燃气汽车的关键设备就是装天然气的气瓶；气瓶的质量直接关系到燃气汽车运行的安全与成本高低。 目前，国内尚无企业涉足，市场无此类超轻质复合材料CNG气瓶销售；而国外这类轻质复合材料CNG气瓶卖价（1～2）万元/只，价格非常昂贵。国内投资一条生产线仅需2400万元专用和辅助设备，厂房3000㎡，产值2.5～4 亿元，利税2～2.6亿元。超轻质复合材料CNG气瓶（CNG4)样品在四川大学产业科研院里展出，欢迎参观咨询；

碳纤维复合材料是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的纤维增强材料，因其具有重量轻，强度高，耐高低温等优良特点，近年来广泛应用于航空航天、体育休闲、高铁汽车、土木建筑等领域。碳纤维复合材料在质轻高强的同时，还具有优良的耐疲劳性、耐腐蚀性以及比强度高导致的优良施工性能等，使得它在对于材料性能有着特殊要求的海洋领域的应用前景同样不可小觑。近年来，北京化工大学碳纤维复合材料在船舶制造、海上能源开发、海洋工程修复等领域不断探索新技术。 在船舶上的应用 相比于传统的造船材料，碳纤维复合材料具有天然的优势。首先，碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，具有质轻低油耗的特性，而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便，因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展，故材料具有良好的耐疲劳性能；此外，由于碳纤维表面的化学惰性，船体具有水生物难以附生，耐腐蚀的特性，这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。 碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。各种天线和有关设备都统一组合装备在该结构内，不易被腐蚀，更有利于设备的保养。研制出类似的封闭综合传感器桅杆，这种桅杆是由纳米技术制造的玻璃纤维与碳纤维复合后作为增强体而制成。它可以让各种雷达波束和通信信号相互之间不受干扰地通过，并且损耗极低。碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如，在推进系统上可用作螺旋桨［和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。 民用游艇大型游艇一般为私人所有，价格昂贵，要求质量轻，强度高，耐用性好。碳纤维复合材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线，方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成，但是由于刚度不足，满足刚度设计要求后往往船体过重，而且玻璃纤维是致癌物质，国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纤维复合材料。例如超级游艇“巴拿马”号双桅船，船身和甲板采用了以碳纤维／环氧树脂为蒙皮。乙烯酯树脂夹层复合材料，pvc泡沫和碳纤维复合材料，桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料，只有部分的船身使用了玻璃钢。空载重量仅有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源开发上的应用 海底油气田近年来，碳纤维复合材料在海洋油气开发领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀，高压，水底暗流流动带来的强剪切作用对材料的耐腐蚀性，强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海洋油田开发中有着明显的质轻、耐久、抗蚀方面的优势：一个1500m水深的钻井平台，其钢制系缆的质量就达6500t左右，而碳纤维复合材料密度是普通钢材的1/4，若使用碳纤维复合材料取代部分钢材将显著减少钻井平台的载重负荷，节省平台的建造成本；抽油杆的往复运动，由于管外海水压力与管内压力不平衡极易引发材料的疲劳断裂，而用碳纤维复合材料即可解决这一问题；由于海水环境耐腐蚀，其在海水中使用寿命比钢材要长，且使用深度更深。碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。制造工艺分为拉挤成型工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法一般用在普通管材和连接管上。缠绕法一般用作储槽和压力容器的表面，也可用在各向异性的柔性管道之中，其中碳纤维复合材料以特定的角度缠绕排列在铠装层之中。碳纤维复合材料的连续抽油杆是一种类似胶片的带状结构，柔韧性很好。使用碳纤维抽油杆能明显提高出油量，减少电机的载荷，相比之下更节能。而且碳纤维复合材料抽油杆比钢制抽油杆更耐疲劳，抗腐蚀性能更好，更适合应用在海底油田的开发中。 海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、要求最高的领域。我国海岸线约1800km，岛屿6000多个，东南沿海及岛屿地区风力资源丰富且易于开发。近年来大力促进海上风电能源的开发已经得到了有关部门的支持。风力发电叶片90%以上重量由复合材料组成。海上风力大，发电功率大，势必要求更大的叶片和更优良的比强度和耐久度。显然，碳纤维复合材料能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求，和玻璃纤维复合材料相比更适合应用于海洋领域。碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低，刚度大，模量是玻璃纤维制品的3~8倍；海洋环境下湿度大，气候多变，且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好，能较好的抵御恶劣的天气；改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤；降低风力机叶片的制造和运输成本；具有振动阻尼特性等。 碳纤维复合材料用于海洋工程建筑，主要利用其轻质高强耐腐的特性，以筋索材及结构件的形式，替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。