炭/炭複合材料是新材料領域重點研究和開發的一類戰略性高技術材料。近年來，國防科技的快速發展對低燒蝕抗氧化炭/炭複合材料提出了耐更高溫度、更高速度和更長時間的極端要求，包括先進航空航天器及其動力系統研發的高溫構件及多種高新武器裝備的關鍵部件，民用領域特種耐熱和耐磨部件升級換代也有迫切需求，還存在較多關鍵技術尚待突破。
其中，什麼是碳？什麼是炭？我國在炭/炭複合材料領域，在國際上處於什麼水平？炭/炭複合材料技術上究竟還有哪些關鍵問題需要突破？發展前景如何？……這些問題都值得我們深刻思考與不斷探索。
《Carbontech Magazine》雜誌副主編李彬彬特邀國家航天技術專家組成員、教育部新型飛行器聯合研究中心副主任兼輕質耐高溫材料分中心主任，中南大學黃啟忠教授，就炭/炭複合材料的核心技術和應用拓展的關鍵問題進行深度探討。
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黃老師，您好，您從事炭/炭複合材料行業多年，最初是什麼原因讓您選擇做這個方向？做了這麼多年，您最大的感觸是什麼？
黃啟忠教授
我是1978年進入湖南大學炭素專業開始學習，從第一節專業課開始瞭解炭纖維，炭/炭複合材料等，然後慢慢喜歡上了這個專業和方向。1982年本科畢業，碩士考到中國科學院金屬研究所，開始從事熱解石墨、高定向熱解石墨、炭/炭複合材料方面的研究工作，1985年到湖南大學炭素材料教研室工作，隨後博士研究生、博士後也是從事炭素材料、炭/炭複合材料方面的研究工作。1994年到中南大學任教，一直從事炭/炭複合材料和耐燒蝕炭/炭複合材料方面的工作。目前已主持了國家重大科技專項、國家自然科學基金重點基金、“973”、“863”、國家支撐、國家重點研發、國家軍工重點等20多個相關的國家級研究專案，主要從事炭/炭複合材料的化學氣相沉積基礎研究和航空剎車材料、燃料電池炭紙、航天耐燒蝕材料等方向的研究，在國內外發表了200多篇論文，出版了100萬字的專著《高效能炭/炭複合材料的製備、結構與應用》和50萬字的譯著《新一代航空航天熱結構與材料》，是教育部唯一的全國軍工能力建設先進個人，獲得了國家技術發明一等獎等7項科技成果獎勵，可以說我的科研生涯基本上就是新型炭材料材料和炭/炭複合材料。
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關於炭和碳的區別，您可以簡單講下嗎？
黃啟忠教授
從化學角度上來說，
碳——化學元素，C；
炭——固體材料，C/H>10。
凡是與碳元素、碳原子有關的詞語，建議用帶有石旁的“碳”，如：元素碳、化合碳、碳同位素、碳化物、芳香碳、環烷碳、碳網平面、芳碳率、α碳、β碳、二氧化碳、碳含量、碳素鋼、碳鏈、碳氫化合物、滲碳、碳酸鈣等等。
凡是與炭石墨材料有關的詞語，建議用不帶石旁的“炭”，如：木炭、煤炭、焦炭、活性炭、玻璃炭，熱解炭、生物炭、炭塊、炭石墨材料，炭棒、同性炭、炭纖維、炭黑、炭糊、炭/炭複合材料、炭素廠、炭素技術、炭素工藝、炭渣、炭素材料、炭素學會、炭素年會等等。
但這兩個字常常可以互換。
在炭素文獻中，帶石旁的“碳”與不帶石旁的“炭”常常混用，不加區別。比如炭素、炭黑、炭石墨材料、炭素廠等，但這種混用狀態，有時也會導致語意模糊，甚至混亂。如“……由此製得的碳，含硫較高，含碳較低。”在這句話中，前一個“碳”指的是炭素材料，後一個“碳”指的是碳元素。如果理解為同一的實體，即都理解為碳元素或都理解為炭素材料，那麼，從化學的角度來看，這句話是不通的。
“炭”是我國古已有之的一個字，見於古代字書、後漢許慎著《說文解字》中。E·Fitzer曾建議C/H原子比大於10的、以碳為主要成份的固體物質，才可以稱為炭素。炭素材料的主要化學成分是碳，但還含有氫、氧、硫、甚至金屬等其他元素。其中氫這一元素，不管選用什麼原料，在製造過程中熱處理的溫度，不管高到什麼程度，也始終是不能完全除掉的。什麼樣的物質才叫炭素材料，對這一問題，國際炭素術語與表徵委員會，曾經有過較長時間的討論。
“碳”字出現在20世紀20年代末、30年代初出版的詞書上開始出現帶石旁的“碳”字，如1930年出版的《王雲五大字典》就收錄了這個字，指明其唯一意義是符號為C的元素。1932年11月26日，民國政府教育部公佈了《化學命名原則》，把第6號元素第一次正式訂名為“碳”。“碳“字今年才滿90歲。“碳”的本義，只專指第6號化學元素，別無其他意義。1978年出版的《現代漢語詞典》，1977年出版的《辭海》，都充分肯定了這一點。在“碳”字條下，只指明是一種化學元素，別無其他意義。
因此“炭”和“碳”的字義十分清楚。
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我國對炭/炭複合材料的研究開發工作開始於20世紀70年代末，經過幾十年的發展，取得了豐碩的成果，先進性直追發達國家。目前，我國在炭/炭複合材料領域，國際上處於什麼水平？
黃啟忠教授
20世紀60年代，在我的導師張名大先生（中國科學院金屬研究所教授）的領導下開展了化學氣相沉積研究和應用。1973年，張名大先生和劉文川先生等人為了應對國家航天事業的需求，獲得了國家某工程專案的支援，正式開展了炭/炭複合材料研究和開發。這項技術首先擴充套件到航天43所，蘭州炭素廠，然後擴充套件到全國。經過近50年的發展，我國在炭/炭複合材料方面取得了長足的進步，在航天耐燒蝕、航空剎車、光伏坩堝和保溫等方面獲得了大量的應用，解決了我國很多關鍵問題。目前，中國科學院金屬研究所、西北工業大學、中南大學、航天703研究所、航天43研究所、航空514廠、航空621研究所等單位都在從事炭/炭複合材料研究和開發，形成了一大批上市企業和龍頭企業。
炭/炭複合材料是為了應對航空航天事業的發展而開展的，美國、英國、法國、俄羅斯、中國等航空航天大國進行了大量的研究和開發。目前，炭/炭複合材料我國在軍民領域已經得到了大力發展，但在基礎理論研究方面、快速化學氣相沉積方面、結構控制方面和國際先進水平相比尚有一定的差距，我們應急起直追。
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炭/炭複合材料是最有前途的高溫材料之一，您覺得炭/炭複合材料技術上還有哪些問題需要突破？據我所知，炭/炭複合材料、碳化矽纖維增強複合材料都是比較好的熱防護複合材料，那它們之間的主要效能區別在哪裡？應用領域會有重疊麼？
黃啟忠教授
影響炭/炭複合材料效能的主要因素有：
（1）炭纖維的種類；
（2）炭纖維的編織方式和編織密度；
（3）基體炭的增密方式；
（4）熱解炭的織構（碳原子的排列狀況）；
（5）介面狀況；
（6）炭/炭複合材料的整體密度；
（7）炭/炭複合材料的表面塗層。
由於我國在炭/炭複合材料方面起步較晚，基礎研究的人員不夠多，大多注重產品開發等原因，造成我國在炭/炭複合材料存在如下問題：
（1）高強度、高模量、高導熱炭纖維存在缺失，炭纖維價格較高，效能穩定性較差，炭纖維的編織方式和效能也有待提高；
（2）炭/炭複合材料的化學氣相沉積機理研究不夠，造成熱解炭的增密速度較慢、密度均勻性較差、難以透過化學氣相沉積獲得高密度、所需要的粗糙層熱解炭獲得困難，介面結構控制還有待提高；
（3）炭/炭複合材料如何獲得近淨製造，少加工、少浪費、炭纖維編織體少破壞，降低成本，提高效能；
（4）炭/炭複合材料具有耐高溫，但不耐氧化的現象，表面陶瓷塗層是一個重要的解決辦法，民用領域需要研究低成本、抗氧化、抗熱震陶瓷塗層。
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飛機剎車副分為粉末冶金飛機剎車副和炭/炭複合材料飛機剎車副。目前市場格局如何？您覺得未來炭/炭複合材料飛機剎車副能夠完全取代粉末冶金飛機剎車副麼？
黃啟忠教授
炭/炭複合材料分為普通炭/炭複合材料和炭/炭-陶複合材料。普通炭/炭複合材料基本由碳元素組成，可以作為炭/炭複合材料飛機剎車副、還原性氣候下的航天耐燒蝕材料、光伏單晶矽爐用坩堝和保溫材料。
作為飛機剎車材料時要求摩擦係數大，摩擦係數隨速度和剎車壓力變化小、熱導率高，因此，必須採用具有粗糙層結構的熱解炭；炭/炭-陶複合材料是在炭/炭複合材料基體中另外加入了陶瓷組分，是在較低密度的炭/炭複合材料中透過化學氣相沉積滲透（CVI）、陶瓷先驅體浸漬-熱處理（PIP）、金屬矽高溫熔滲（RMI）等方法制備而成，可以作為氧化性氣候下的航天耐燒蝕材料、水上飛機的剎車材料和高階轎車的剎車材料。
飛機剎車副分為粉末冶金飛機剎車副和炭/炭複合材料飛機剎車副，由於炭/炭複合材料飛機剎車副具有密度低、摩擦係數大、剎車功率大、使用壽命長等特點，在幾乎在所有的軍機、大型的民機中得到應用，而且正在逐步取代粉末冶金飛機剎車副，未來設計的新型號飛機會完全採用炭/炭複合材料剎車副。
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炭/炭複合材料在光伏行業的發展，是透過一步步替代石墨材料發展起來的。您覺得炭/炭複合材料在光伏行業能夠全面取代石墨材料麼？在電極這一塊您覺得發展前景如何？目前還存在哪些問題？
黃啟忠教授
炭/炭複合材料和石墨材料一樣，基本由碳元素組成，且具有石墨結構，相較於石墨材料，具有強度高、抗熱震性好，可以製備成大型產品。依照要求可以製備不同的密度，密度≤0.2 g/cm3的炭/炭複合材料（硬炭氈）可以作為光伏裝置的保溫材料，密度約為1.35 g/cm3的炭/炭複合材料可以作為光伏裝置的坩堝材料。隨著炭/炭複合材料製備技術和材料結構控制技術的發展，其製備成本會逐步下降，使用壽命會逐步延長，價效比會大幅度提高，因此會逐步取代石墨材料作為坩堝材料。至於光伏裝置中的發熱體、電極材料，由於炭/炭複合材料的密度均勻性問題，要取代石墨材料尚有一個過程。
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最後，作為碳材料雜誌的編委會成員，我們也特別想知道，您作為業界專家，您覺得碳材料雜誌應該側重報道哪些內容，對行業的啟發最大？
黃啟忠教授
作為碳材料雜誌的讀者，認為本雜誌應該依照雜誌的開辦宗旨，側重報道炭材料科研的最新發展動態，行業狀況發展最新動態，理論和實際相結合，為行業服務。
最後祝碳材料雜誌越辦越好！謝謝！
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