碳化钽铪　 tantalum hafnium carbide　 一种钽和铪的混合碳化物,以铪原子固溶于碳化钽中而形成钽-铪-碳的连续单相固溶体,是目前已知熔点最高的物质。常以高纯度的碳化钽粉末和碳化铪粉末为原料(0.2~2.0μm),经高速机械球磨1~36h后,在氩气环境下1200~2600℃热压烧结0.25~6h制得,制备要求较高。该陶瓷密度14.04g/cm3,熔点4215℃,硬度20GPa。因其超高熔点和硬度,材料主要可应用于航空航天的热端部件,例如头锥、推力室以及发动机喉衬等。

　碳化钽涂层　 tantalum carbide coating　 一种耐超高温抗烧蚀涂层材料。常采用化学气相沉积法,以五氯化钽和甲烷气为反应混合气,用氩作载气,把该混合气通入氧化铝制反应管,用碳化硅电阻从外部进行辐射加热和炭化反应。该陶瓷涂层熔点3880℃,密度13.9g/cm3,莫氏硬度9~10,热膨胀系数6.29×10-6K-1,化学稳定性好,难溶于无机酸,耐蚀和耐热冲击,抗氧化能力强,是一种具有很大应用前景的抗烧蚀涂层材料。

　碳化物燃料　 carbide(nuclear)fuel　 易裂变材料铀、钚或可转换材料钍的碳化物及它们的混合物,主要有U-C系、Pu-C系和Th-C系。U-C系有三种化合物:UC、UC2和U2C3。UC燃料的U含量高,热导率高,为各向同性立方结构,高温及高燃耗时的辐照稳定性好,理论密度13.63g/cm3,熔点2643K,含铀量95.2%(质量分数),较活泼,但高温时在熔融钠与钾中是惰性的。UC2理论密度11.68g/cm3,含铀密度90.8%(质量分数),熔点2743K,其他性能与UC相近。Pu-C系有四种化合物:PuC、Pu2C3、PuC2和Pu3C2。PuC为立方结构,理论密度13.6g/cm3,熔点2123K,热导率明显低于UC。Th-C系有两种化合物:ThC和ThC2。分别为立方和单斜结构,密度分别为10.64g/cm3和9.3g/cm3,熔点分别为2898K和2928K,它们直到熔点都是稳定的。(U,Pu)C固溶体热导率高,与钠、钾不易作用,辐照稳定性好。碳化物的制备采用三种方法:电弧熔化法、化学粉碎及碳化法(金属氢化,热分解得到金属粉,与石墨混合、压制、加热)和碳热法。可用粉末冶金法或溶胶-凝胶法制造球形碳化物颗粒,然后弥散在石墨基体中,可用作高温气冷堆和其他类型反应堆的燃料。

　碳化物陶瓷　 carbide ceramics　 采用金属与碳反应或碳还原金属氧化物制得以碳化物为主要成分的陶瓷材料。以共价键结合为主,具有熔点高、结合强度高、化学稳定性好、耐高温、抗氧化、耐烧蚀等特点。主要分为非金属碳化物[如碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)等]和过渡金属碳化物[如碳化钛(TiC)、碳化锆(ZrC)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钨(WC)等]两类。

　碳链聚合物　 carbon chain polymr　 高分子主链全部由碳原子组成的聚合物。如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。

　碳纳米管异质结　 heterojunction of carbon nanotube　 指碳纳米管与其它纳米线、纳米管组成的异质结构,也指单壁碳纳米管中由于缺陷产生的界面结构。这些异质结构使碳纳米管产生独特的电性能和光学性能。如由五元环-七元环对的存在使碳管产生不同的晶体走向和晶体界面,而使不同晶体走向分别呈现出金属性与半导体性,致使整根碳管呈现出单向导电特性。

　碳(石墨)纤维　 carbon (graphite) fiber　 是指纤维状的炭材料,是有机纤维经炭化(石墨化)处理而得到的微晶石墨材料,微观结构类似人造石墨,具有乱层石墨结构,碳含量大于90%,也包括由气相化学沉积过程得到的类似结构。

　碳素工具钢　 carbon tool steel　 适合于制作各种工具、模具的非合金钢,在钢号前加T表示碳素工具钢(GB/T 1298—2008)。根据冶金质量可分为优质碳素工具钢和特殊质量碳素工具钢。碳素工具钢的碳含量较高(0.65%~1.35%),属于共析或过共析钢,可加入0.5%左右的锰以提高淬透性(但仍归类于非合金钢)。主要钢号有T7、T8、T10、T10Mn、T12等(钢号后可加A表示特殊质量非合金工具钢)。淬火加低温回火处理后工件表面具有很高的强度、硬度和耐磨性,具有良好的冷热加工性能,价格低廉,因而应用较为广泛。但由于淬透性较差,一般只用于制作尺寸较小、工作温度不高(一般低于200℃)的小型工具和模具。

　碳/碳复合材料　 carbon/carbon composites　 以碳或石墨纤维为增强体,碳或石墨为基体复合而成的材料,又称为碳纤维增强碳基复合材料。研制始于1958年,按制造工艺可分为有机聚合热解法和化学气相浸渍法。将碳纤维按单向、双向或多向编制成所需的预成型体。有机聚合物热解法是将有机聚合物,如酚醛树脂,反复浸渍纤维预成型体,将其热解成炭,并在高温下将基体碳转化为石墨。化学气相浸渍法是将气相碳渗入到纤维与成型体形成热解石墨,得到复合材料。制造工艺复杂、周期长、成本高,但具有较好的力学性能、强度高、刚性好、密度小、耐磨损,有良好的导热性。在惰性气氛下使用,有很好的热和化学稳定性,可使用到2000℃以上。抗氧化性能较差,在氧化气氛中600℃左右性能严重下降。在氧化气氛下使用,应采用涂层防护,在复合材料或碳纤维表面涂上一层或多层保护膜,来提高耐高温性能。保护层一般采用难熔化合物,如碳化物、石英等。广泛用于洲际导弹、火箭和航天飞机等的鼻锥帽、表面层、喷嘴、机翼等,高超音速飞机和赛车的刹车片、高温发动机热部件和生物医学材料等。

　碳/碳复合材料化学气相沉积(CVD)工艺　 CVD process of carbon/carbon composite　 在渗碳室中,碳基骨架与含碳活性气体接触,活性气体与热的纤维表面接触,碳沉积于碳纤维表面并逐步填充于纤维间的空隙而得到较为致密的碳/碳复合材料。活性气体是由带有载气(氢或氩之类的惰性气体)的碳氢化合物气体(如丁烷、乙烯等)受热后发生裂解而成的。活性气体的生成速率是温度、压力、气体浓度、位置和停留时间的函数。沉积的方法常用的有均热法、热梯度法、温差法和脉冲法等。沉积在纤维基质上聚合物碳的结构和性能与所采用的工艺条件(温度、接触时间、压力、气体成分和浓度及气体添加剂)有密切关系。均热法工艺周期长,沉积碳密度梯度大,热梯度法则沉积速度快。可将热梯度法和均热法相结合进行沉积,沉积温度在950~1300℃范围内。由于纤维内部的闭口气孔及瓶颈型孔隙难以被沉积碳所填充,故用此工艺制得的材料密度较低(在1.3~1.4g/cm3之间)。多次沉积带来周期长,工艺烦琐等缺点,材料尺寸也受限制,一般只能做薄而小的样品。

　碳/碳复合材料热等静压炭化工艺　 HIP carbonating of carbon/carbon composite　 利用热等静压设备的温度程控和惰性气体压力,使碳基复合材料中的沉积碳和浸渍剂在高温高压下完成炭化过程的一种工艺方法。先将毛坯置于金属包套内,经抽真空并加以夹封后检漏通过,放入高压釜内。金属包套的夹封要求在炭化的温度、压力及周期条件下不渗漏。加热到一定温度后(250℃)再对包套施加压力直至炭化结束。一般炭化温度控制在550~1000 ℃之间,压力在10~100MPa之间,升温按一定速率进行,必须在温度升至250℃时达到所需炭化压力。加压条件视坯体组分而定,以保证浸渍剂得到最大炭化率。本方法可防止浸渍过的坯体气孔中的浸渍剂流失,制件炭化后密度提高,适合于制备高性能的碳/碳复合材料。但能源消耗大,配套设备较多,如真空系统、冷却系统、压力源及其增压系统等。高压系统的安全防护措施要求严格,故成本较高。

　碳涂层材料　 carbon coating materials　 作为生物医用材料的碳涂层,常用的有利用碳氢化合物热解沉积于金属表面的低温各向同性(LTI)碳涂层,以及气相沉积于聚氯乙烯、聚酯、尼龙等高分子薄膜上的超低温各向同性(ULTI)碳涂层。LTI和ULTI碳具有乱层结构,其相对密度为1.4~2.1。高密度的LTI和ULTI碳的弯曲强度可达275~620MPa,同时保持小于20GPa的弹性模量,从而具有良好的韧性,断裂能可达5.5MJ/m3,约为氧化铝陶瓷的25倍,即使应变达到2%左右,仍不会发生破裂,ULTI碳涂层甚至在应变大于5%时仍能保持完好。碳涂层还具有其他优点:如耐磨性十分好,可承受局部甚至点负荷的作用;抗疲劳性能优越,在周期负荷下的强度同于单次负荷下的强度。碳涂层的生物相容性良好,特别是血液相容性十分优良,其表面具有良好的抗凝血性,对血浆蛋白和血浆酶的活性无影响,与良好的力学性能配合,使其成为重要的心血管系统修复材料,几乎所有常用的人工心脏瓣膜的阻塞体和瓣架都使用了LTI碳涂层,此外,碳涂层还可用于肌肉-骨骼系统和其他软组织修复材料。

　碳团簇　 carbon cluster　 主要指由碳原子构成的团簇,如富勒烯及其复合结构、多环芳香烃等。

　碳纤维增强硼化铪基复合材料　 carbon fiber reinforced hafnium boride matrix composite　 纤维增强超高温陶瓷基复合材料中的一种,增强相为碳纤维,基体为硼化铪。复合材料制备包括纤维预制体制备、界面相沉积、基体致密化以及涂层制备。HfB2基体可通过HfCl4、BCl3、H2和Ar气体经化学气相沉积工艺制备,也可通过浸渍含HfB2的浆料引入。硼化物基体氧化产物B2O3高温时会大量挥发,抗氧化性较差,常通过引入碳化硅等来提高其高温抗氧化性能。主要应用于2000℃以上的超高温环境中。

　碳纤维增强碳基复合材料　 见碳/碳复合材料(726页)。