碳纖維具有高強度、高模量、質量輕、耐高溫等一系列優異性能，可以通過與金屬、陶瓷、樹脂等材料復合加工制成具有不同特性、不同用途的復合材料。目前碳纖維材料已被廣泛應用于航空航天、國防軍事、交通運輸、建筑、體育休閑等領域。本文對碳纖維技術及其軍事應用等進行了概述。
一．碳纖維技術概況
1. 分類及性能
碳纖維種類繁多，可按照原絲類型、力學性能、纖維數量等分為不同的類型。在性能上，碳纖維具有強度高、模量高、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫、密度小、導電等一系列優點，不同種類碳纖維的性能存在差異。
不同種類碳纖維特點及應用對比圖
2. 制備技術
（1）PAN基碳纖維：PAN基碳纖維是以聚丙烯腈為原料，經過PAN原絲制備、預氧化和碳化等步驟制成。
PAN原絲制備包括聚合工藝和紡絲工藝。PAN原絲制備可根據兩種工藝的連續性分為一步法和二步法，聚合液不需要分離就可以直接用來紡絲，稱為一步法；若分離出PAN粉末后溶解形成紡絲原液再進行紡絲，稱為二步法。
境外主要企業的碳纖維PAN原絲技術路線
PAN原絲耐熱性能較差，若直接碳化會使原絲在高溫下分解。因此，預氧化是生產PAN基碳纖維非常重要的中間過程。預氧化后，纖維在惰性氣氛中先后進行低溫碳化和高溫碳化。石墨化是在惰性氣體保護下進行進一步高溫處理，獲得含碳量99%以上的高模量碳纖維。
（2）瀝青基碳纖維：瀝青基碳纖維是以石油瀝青或煤瀝青為原料，經過調制、紡絲、不熔化/預氧化、碳化等步驟來制取瀝青基碳纖維。
各國瀝青纖維紡絲工藝對比圖
瀝青纖維的不熔化也叫預氧化，處理工藝包括氣相法和液相法。預氧化后瀝青纖維在惰性氣氛下進行碳化處理，增加纖維含碳量以及單絲拉伸強度，提高瀝青基碳纖維的力學性能。石墨化一般在中間相瀝青基碳纖維的制備過程中，有助于纖維形成石墨片層結構，具有更高的強度、導電性和彈性模量。
（3）粘膠基碳纖維：粘膠基碳纖維以木漿和棉漿等為原料，粘膠纖維素漿粕配制成紡絲液，經過水洗、過濾、干燥，浸漬催化，預氧化和碳化工序轉化為碳纖維。催化浸漬主要是浸漬催化脫水劑。粘膠纖維預氧化是在催化劑的作用下進行脫水、熱裂和結構轉化。粘膠纖維碳化同樣分為低溫碳化和高溫碳化兩步工序，低溫碳化主要是深度脫水、熱裂和芳構化；高溫碳化主要是縮聚和芳構化。
（4）復合材料成型工藝：碳纖維復合材料成型工藝有很多，常用的工藝包括樹脂傳遞模塑（RTM）成型、注射成型法、模壓成型法、纏繞成型法、拉擠成型法、熱壓罐成型法、壓力袋法、噴射成型法、手糊成型法等等。其中模壓成型、熱壓罐成型等采用的是預浸料，纏繞成型、拉擠成型采用纖維在線浸潤的方式，而RTM則是預成型體的液體成型，長程流動。
二．碳纖維材料的應用
1. 應用形式及領域
碳纖維及其復合材料具有高強、高模、輕質、柔軟、耐高溫等眾多優良特性。碳纖維的應用形式包括碳纖維織物、短切碳纖維、碳纖維預浸料等。但碳纖維一般不單獨使用，通常作為增強材料加入樹脂、金屬、陶瓷、水泥等材料中，制成碳纖維增強復合材料制品。
各類碳纖維復合材料特點及應用對比圖
2. 碳纖維的軍事應用
碳纖維具有質輕、高強度、高模量、耐腐蝕、耐高溫等特點，碳纖維及其復合材料被廣泛應用于火箭、導彈、裝甲防護等軍工領域，使軍事裝備性能不斷提高。碳纖維及其復合材料已成為現代國防軍工武器裝備的重要戰略物資。
（1）吸波隱身
普通碳纖維對電磁波是反射體，不具備吸波功能，通過對碳纖維進行表面改性（如鍍鎳、涂覆碳化硅涂層等）、研制新型碳纖維（如異形截面碳纖維、螺旋碳纖維、多孔碳纖維、碳納米管等），能顯著改善其電磁性能。
特種碳纖維用于制造隱身飛機，如B-2隱身轟炸機，其整體機身除了主梁和發動機機艙采用鈦復合材料外，其余部分均采用碳纖維復合材料。美國隱身戰機F-22，CFRP用量達到24%，英國Typhoon戰機復合材料用量高達40%。結構型碳纖維吸波復合材料結合了復合材料輕質高強的結構優勢和吸波特性，是雷達隱身材料的重要發展方向。碳纖維吸波材料屬于功能和結構一體化的優良吸波材料，隨著隱身結構材料的完善和提高，碳纖維復合材料的需求還將持續增長。
（2）導彈火箭
碳纖維憑借耐燒蝕和輕質高強的特點被廣泛應用于火箭的助推器、防護罩、發動機罩和導彈殼體、發射筒等結構。
碳纖維復合材料可有效減輕火箭和導彈的結構質量，加大火箭和導彈的射程，提高落點的精度，如戰略導彈固體火箭發動機第三級結構質量減少1kg，可增加射程16km，彈頭質量減少1kg，可以增程20km，碳纖維復合材料的使用能提高有效載荷的運載能力。
碳/碳纖維復合材料C/CFRP是用來制造洲際彈道導彈的鼻錐、發動機噴管和殼體的最好選材。其不僅具有優異的熱力學性能，而且在燒蝕過程中燒蝕率低、燒蝕均勻和對稱，能夠保持良好的氣動外形，有利于減少非制導誤差。C/CFRP在美國民兵、三叉戟、MK等戰略導彈上均已成熟應用。碳纖維復合材料還應用于固體發動機殼體，如美國戰斧式巡航導彈、大力神-4火箭、法國的阿里安-2火箭改型、日本的M-5火箭等。
（3）裝甲防護
由于碳纖維增強復合材料的輕質、高強等優異性能，在裝甲防護領域如防護服、裝甲艦艇、裝甲車輛等均有應用。CFRP用于制造裝甲車輛、艦艇，除裝甲防護外，還能提高速度、節省燃料。如，美國的“短劍”高速快艇是使用CFRP一次成型制造的船體，船體外表光滑，重量大大降低，同時其磁信號特征也非常小，不易觸發水雷。即使被魚雷和導彈擊中后，碳纖維船體很難完全解體，可避免毀滅性后果。
(4)其他
碳纖維材料還因其導電、高強度、耐腐蝕等性能，被應用在炸彈（石墨炸彈）、軍用機架箱、壓力容器（潛艇、魚雷等的外壓力容器）等軍事領域。（編寫：中物院科技信息中心 任正平 ，來源：最新科技進展）
