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CN1796334A - 碳/碳复合材料及其制造方法 - Google Patents

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CN1796334A
CN1796334A CNA2004101024936A CN200410102493A CN1796334A CN 1796334 A CN1796334 A CN 1796334A CN A2004101024936 A CNA2004101024936 A CN A2004101024936A CN 200410102493 A CN200410102493 A CN 200410102493A CN 1796334 A CN1796334 A CN 1796334A
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Abstract

一种碳/碳复合材料及其制造方法，是利用碳化升温速率较快的碳化步骤形成碳/碳复合材料，借此缩短碳/碳复合材料的制程时间，进而节省碳/碳复合材料的成本及能源。

Description

碳/碳复合材料及其制造方法
技术领域
本发明是关于一种碳/碳复合材料的制造方法，特别是关于改善碳化步骤的碳/碳复合材料的制造方法。
背景技术
碳/碳复合材料(Carbon/Carbon Composite Material)是由碳纤维或各种碳织物增强碳，辅以石墨化的树脂(或沥青)或化学气相沉积(Chemical VaporDeposition；CVD)碳所形成的复合材料，故又称为碳纤维强化碳基材(CarbonFiber-Reinforced Carbon Matrix)复合材料。碳/碳复合材料几乎完全由元素碳组成，可承受极高温度和极大的加热速率，而且在2000℃左右的高温环境下仍能维持其机械性质。由于碳/碳复合材料具有良好的耐热性，对于热冲击(Thermal Shock)有好的阻抗，故可应用于磨擦材料、航天工业、耐火材料等。其次，碳/碳复合材料具有优良的抗腐蚀性，故可应用于耐蚀材料。此外，碳/碳复合材料对于人体的血液、肌肉有很好的兼容性，不会有排斥的现象，因而更可应用于生医材料。
碳/碳复合材料是高温中所产生的产物，在热处理过程中，基材因热分解而产生质量、体积与密度的变化，导致碳/碳复合材料极易产生裂缝及空孔。为了减少裂缝及空孔以增加材料的密度，需进行致密化(Densification)处理以提高材料密度。致密化处理一般是将碳化(Carbonization)处理后的试片，直接以液相含浸(Liquid Phase Impregnation)法进行次数不等的重复含浸(Re-Impregnation)步骤及碳化步骤，或利用液相含浸法辅以化学气相沉积法而进行。在直接以液相含浸法进行致密化处理过程中，重复含浸所使用的基材树脂可以分为热固性(Thermosetting)树脂以及热塑性(Thermoplastic)树脂。将碳化处理后的试片重复含浸于基材树脂后，再进行碳化处理。另外，化学气相沉积法则是将碳/碳基材置于高温炉中，再导入低分子量的碳氢化合物气体至高温区域，使前述气体在纤维间隙热分解而于空孔及裂缝的中沉积碳。不过，化学气相沉积法相当费时、昂贵且仅适用于较薄的工件。
在材料科学文摘杂志(Journal of materials science letters)第10卷第301页至第303页(1991年)中，Ko与Chen揭露一种平织(Plane Woven)聚丙烯腈(Polyacrylonitrile；PAN)基碳织物/酚醛树脂复合材料，是以升温速率介于0.1℃/分至5℃/分之间进行碳化步骤，当升温速率低于3℃/分达1000℃进行碳化步骤时，不会影响碳/碳复合材料。
在美国机械工程师协会(American Society Of Mechanical Engineers；ASME)于1993年出版的高等结构材料的热机械行为(Thermo-MechanicalBehavior of Advanced Structural Materials；AD-Vol.34/AMD-Vol.173)一书中，Roy揭露一种8H缎织(Satin Woven)聚丙烯腈基超高模数级(UHM)碳织物/酚醛树脂复合材料，是以升温速率介于0.03℃/分至0.8℃/分之间进行碳化步骤时，不会影响碳/碳复合材料。
在材料科学期刊(Journal of Material Science)第29卷第5859页至第5867页(1994年)中，Chang等人揭露一种平织聚丙烯腈基碳织物/酚醛树脂复合材料，是以升温速率介于0.5℃/分至3℃/分之间进行碳化步骤，当升温速率低于3℃/分达1000℃进行碳化步骤时，不会影响碳/碳复合材料。然而以较高升温速率进行碳化步骤时，碳/碳复合材料的密度及挠曲强度(Flexural Strength)分别减少0.7％及6.6％，不过其重量损失及挠曲模数(Flexural Modulus)则不受影响。
在碳(Carbon)期刊第30卷第5期第751页至第761页(1992年)中，Nam与Sefefis揭露一种8H缎织聚丙烯腈基碳织物/酚醛树脂复合材料，是以升温速率介于2℃/分至7℃/分之间达1000℃进行碳化步骤。然而当以较高升温速率及较厚的碳/碳复合材料进行碳化步骤时，会造成碳/碳复合材料内部有较大的温度梯度，而导致碳化不均、各层之间的内压，甚至于基材结构会有局部脱层(Delamination)及/或其它损伤。
简言之，在碳/碳复合材料的致密化处理中，碳化步骤扮演相当重要的角色。不过在碳氢化合物的加热分解过程中，涉及碳-氢(C-H)及碳-碳(C-C)之间键结的断裂、分子的重组等反应，而引起碳/碳复合材料的收缩、断裂、及热应力等不良结果，因此碳化步骤的升温速率一般较为缓慢，约低于10℃/分，相关专利如美国专利公告号第6,077,464号、美国专利公告号第6,013,371号、美国专利公告号第5,965,268号、美国专利公告号第5,686,027号、美国专利公告号第5,607,770号、以及美国专利公告号第5,556,704号等。然而，这也使得已知碳化步骤存在耗时、耗能且耗成本等种种问题。
发明内容
本发明的目的之一就是揭露一种碳/碳复合材料的制造方法，是利用升温速率较快的碳化步骤以形成碳/碳复合材料，由于本发明所形成的碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅缩短碳/碳复合材料的制程时间，进而节省制造成本及能源。
本发明的另一目的在于揭露一种强化碳/碳复合材料的方法，是于重复含浸步骤时，在高分子基材中至少加入一含碳添加物，其中此含碳添加物可例如碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物或上述的任意组合，借此降低所得的碳/碳复合材料的磨耗量。
本发明的又一目的在于揭露一种碳/碳复合材料，此碳/碳复合材料至少包含碳纤维及高分子基材，且此碳/碳复合材料是经由升温速率较快的碳化步骤而制得，由于本发明的碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅缩短制程时间，更节省制造成本及能源。
根据本发明上述的目的，提出一种碳/碳复合材料的制造方法。首先，提供前驱体，其中此前驱体的组成至少包含体积百分比介于20％至80％的碳纤维混合于第一高分子基材中，其中第一高分子基材可为液态或固态。然后，进行至少一次的第一碳化步骤，其中第一碳化步骤的升温速率为至少20℃/分，以使上述前驱体形成碳/碳复合材料。
依照本发明一较佳实施例，上述的升温速率是介于约100℃/分至约1000℃/分之间。
依照本发明一较佳实施例，在第一碳化步骤之后，更可进行致密化/第二碳化步骤。首先，进行重复含浸(Re-Impregnation)步骤，是将碳/碳复合材料含浸于第二高分子基材中，其中第二高分子基材以液态为较佳，而重复含浸步骤可为真空含浸步骤或高压含浸步骤。接着，进行固化步骤，以固化第二高分子基材。然后，进行稳定化步骤，是以温度介于约100℃至约400℃之间进行，以稳定化第二高分子基材。之后，进行第二碳化步骤，其中此第二碳化步骤是于升温速率介于约100℃/分至约1000℃/分之间进行，以碳化第二高分子基材。
依照本发明一较佳实施例，在第一碳化步骤以及致密化/第二碳化步骤之间，更可进行另一石墨化步骤。
根据本发明上述的另一目的，提出一种强化碳/碳复合材料的方法。首先，进行重复含浸步骤，是将碳/碳复合材料含浸于高分子基材中。接着，进行加热步骤，借以去除高分子基材的溶剂。然后，进行固化步骤，以固化高分子基材。之后，进行稳定化步骤，是以温度介于约100℃至约400℃之间进行，以稳定化高分子基材。随后，进行碳化步骤，其中碳化步骤的升温速率为至少20℃/分，以强化碳/碳复合材料。
此外，根据本发明上述的又一目的，提出一种碳/碳复合材料，至少包含：体积百分比介于20％至80％的碳纤维，其中碳纤维的材质可为聚丙烯腈基、沥青或嫘萦；以及高分子基材，其中高分子基材可为热固型树脂或热塑型高分子；其中此碳/碳复合材料为碳纤维与高分子基材形成的前驱物经由第一碳化步骤而形成，且此第一碳化步骤的升温速率为至少20℃/分。
依照本发明一较佳实施例，上述碳纤维的排列可例如经编织的长碳纤维、散乱排列的长碳纤维、散乱排列的短碳纤维、切短的纤维束或分散的短纤维。
依照本发明一较佳实施例，上述的热固型树脂可例如液态Resole型酚醛树脂、呋喃树脂、聚亚酰胺或诺佛拉克(Novolaks)型酚醛树脂，而热塑型高分子可例如石油沥青、煤焦油沥青(Coal Tar Pitch)、介相沥青(Mesophase Pitch)或聚醚醚酮(Poly Ether Ether Ketone；PEEK)聚合物。
依照本发明一较佳实施例，上述的碳/碳复合材料更可包含一含碳添加物，其中此含碳添加物的重量百分比可介于0.1％至30％之间，且此含碳添加物可例如碳黑(Carbon Black)、碳纳米微粒(Carbon Nanoparticle)、纳米碳管(Carbon Nanotube)、介相沥青粉末、石墨(Graphite)粉、其它碳化物(Carbide)或上述的任意组合。
应用上述碳/碳复合材料的制造方法，由于是利用升温速率较快的碳化步骤而制得此碳/碳复合材料，且所得的碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅缩短制程时间，更节省制造成本及能源。
实施方式
本发明的碳/碳复合材料的制造方法，是利用升温速率较快的碳化步骤形成碳/碳复合材料，以缩短制程时间，更节省制造成本及能源。以下配合第1图至第2图，详细说明本发明的碳/碳复合材料的制造方法。
请参阅第1图，是绘示根据本发明一较佳实施例的碳/碳复合材料的制程流程图。首先，如步骤101所示，提供前驱体，其中提供前驱体的步骤更进一步揭露如下。首先，将碳纤维混合于第一高分子基材中。进一步而言，当第一高分子基材例如为液体时，碳纤维是真空含浸或高压含浸于第一高分子基材中且置于塑料铸模内，以60℃至100℃处理0.5小时至24小时，去除第一高分子基材中多余的溶剂，而形成预浸渍体(Pre-Preg)。接着，进行热压固化成型(Hot Pressing Cure)步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，然后加压并升温至160℃，持温30分钟，使预浸渍体固化成预型体。另一种方式，当第一高分子基材例如为固体时，碳纤维是与第一高分子基材混合均匀后，进行热压固化成型步骤以固化成预型体，而所使用的制程条件同上。将预型体切割成小块后，随即进行稳定化处理(Post-Cure)步骤，是以通入空气并于可程控的高温炉中，温度介于约100℃至约400℃之间进行，使预型体形成前驱体。
上述前驱体的组成至少包含体积百分比介于20％至80％的碳纤维混合于第一高分子基材中，其中碳纤维的体积百分比以介于30％至70％为较佳，然以介于40％至60％为更佳。一般而言，碳纤维可例如聚丙烯腈(PAN)基、沥青或嫘萦。碳纤维的排列可例如经编织的长碳纤维、散乱排列的长碳纤维、散乱排列的短碳纤维、切短的纤维束或分散的短纤维。此外，上述的第一高分子基材可例如热固型树脂或热塑型高分子，其中热固型树脂可例如酚醛树脂、呋喃(Furfural Alcohol)树脂或聚亚酰胺(Polyimide)，而酚醛树脂更可例如液态Resole型酚醛树脂或诺佛拉克(Novolaks)型酚醛树脂，其中诺佛拉克型酚醛树脂于常温下一般为粉状。至于热塑型高分子可例如石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青(Mesophase Pitch)或聚醚醚酮(PEEK)聚合物。
在本发明的另一实施例中，上述前驱体的组成更可进一步选择性添加第一含碳添加物，以降低所得的碳/碳复合材料的磨耗量，其中此第一含碳添加物的重量百分比可介于0.1％至30％之间，而第一含碳添加物可例如碳黑(Carbon Black)、碳纳米微粒(Carbon Nanoparticle)、纳米碳管(CarbonNanotube)、介相沥青粉末、石墨(Graphite)粉、其它碳化物(Carbide)或上述的任意组合。
接着，如步骤103所示，进行第一碳化步骤，其中第一碳化步骤103是利用升温速率至少约20℃/分进行，以使上述前驱体形成碳/碳复合材料。进一步而言，第一碳化步骤103是以介于约20℃/分至约1500℃/分之间的升温速率达500℃至约2000℃之间进行。更进一步而言，第一碳化步骤103是以介于100℃/分至约1000℃/分之间的升温速率达800℃至1200℃进行。经由第一碳化步骤103可去除上述前驱体当中的非碳元素，而形成经碳化的碳/碳复合材料。
由于第一碳化步骤103的升温速率较高，已知的高温炉已无法达到所需的升温要求，因此，在本发明之一个例子中，是利用快速碳化设备来实施本发明的碳/碳复合材料的制程。请参阅第2图，是绘示根据本发明一较佳实施例的快速碳化设备的示意图。此快速碳化设备亦可用于处理较大尺寸的碳/碳复合材料。快速碳化设备200可至少包含移动式试片座201以及高温炉203。移动式试片座201是用以承载待处理的试片207，例如上述的前驱体、碳/碳复合材料等。高温炉203的炉管205的材质可为不锈钢。炉管205的一侧可设有气密式舱门204以便放置与取出试片。移动式试片座201可固定于移动装置以便于移动。在一个例子中，移动式试片座201可固定于螺杆211，由可变速马达213驱动螺杆211以推动移动式试片座201进出高温炉203的炉管205，并利用移动式试片座201进出炉管205的相对位置及速率，来调整试片207承受的升温速率。在本发明的一个例子中，当移动式试片座201以不同速率进出炉管205的不同位置时，可预先以温控装置(图未绘示)例如热电偶(Thermocouple)监控试片207承受的升温速率，待确立移动式试片座201的速率、相对位置及试片207承受的升温速率三者的关系后，就不需以温控装置监控后续重复进行的碳化步骤。举例而言，当到达所需的温度时，例如1200℃，可变速马达213随即驱动螺杆211以稳定且可控制的速率，将移动式试片座201推进至高温炉203的炉管205约中心处，使试片207进行碳化步骤。此外，在炉管205上方及下方更分别设有入气口221以及排气口223，其中入气口221可将氮气或钝气例如氦气、氖气、氩气等导入炉管205内，于制程进行时保护试片207，而排气口223则用以排放制程中所产生的废气。然而本发明使用的快速碳化设备200的形式不限于上述所举，亦可使用其它可程序且具连续化生产的快速碳化设备来实施本发明。
请再参阅第1图，在本发明的一个例子中，碳/碳复合材料在经过上述第一碳化步骤103的处理后，可选择性进行石墨化步骤。由于碳/碳复合材料中的碳为硬、脆、非晶质的玻璃状碳，经过石墨化步骤的处理后，可转为结晶程度较高、较接近石墨结构的碳。在本发明中所指的石墨化步骤是利用钝气例如氦(Helium)气的保护下，以10℃/分的升温速率至约2200℃、经持温约30分钟、再以20℃/分的降温速率至室温的热处理，并非意指使晶体结构能达到完美石墨结构的三维规则化排列的热处理。之后，碳/碳复合材料可选择性进行至少一次致密化/第二碳化步骤105，至少包含进行重复含浸(Re-Impregnation)步骤、加热步骤、固化步骤、稳定化步骤以及第二碳化步骤。由于上述经选择性石墨化步骤的碳/碳复合材料是呈多孔隙状态，需借助真空重复含浸于第二高分子基材中，以减少碳/碳复合材料的孔隙，并提升密度，进而改善其机械性质，其中，第二高分子基材可与第一高分子基材相同或不同，然以液态为较佳。第二高分子基材可例如热固型树脂或热塑型高分子，其中热固型树脂可例如液态Resole型酚醛树脂、呋喃树脂或聚亚酰胺。至于热塑型高分子可例如石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青或聚醚醚酮聚合物。第二高分子基材中更可选择性加入重量百分比介于0.1％至30％之间的第二含碳添加物，且第二含碳添加物可例如碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物或上述的任意组合。接下来，进行加热步骤，以去除碳/碳复合材料中第二高分子基材的溶剂。然后，进行固化步骤，以固化碳/碳复合材料的第二高分子基材。之后，进行稳定化步骤，是以温度介于约100℃至约400℃之间进行，以稳定化碳/碳复合材料的第二高分子基材。
完成上述致密化处理的前驱体随即进行第二碳化步骤，其中第二碳化步骤是于升温速率介于约100℃/分至约1000℃/分之间进行，以碳化第二高分子基材。值得一提的是，前述致密化/第二碳化步骤105可重复进行至少一次，重复进行的次数越多，可提高所得的碳/碳复合材料的密度，并改善其性质。一般来说，致密化/第二碳化步骤105通常在重复进行第四次之后，碳/碳复合材料密度的增加就趋近于和缓，然而本发明重复进行的次数并不限定于此。
值得一提的是，在本发明的另一个例子中，亦可将市售可得的碳/碳复合材料产品进行上述至少一次的致密化/第二碳化步骤105，借此强化并改善其磨润性质。由于此处所举的致密化/第二碳化步骤105所使用的制程参数一如前论，故不另赘述。
在完成致密化/第二碳化步骤105后，碳/碳复合材料可选择性进行石墨化步骤107，其中此石墨化步骤107可参照前述石墨化步骤的条件进行，以制得碳/碳复合材料。
以下列举数个较佳实施例以更详尽阐述本发明的碳/碳复合材料的制造方法的应用，然其并非用以限定本发明，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
附图说明
第1图是绘示根据本发明一较佳实施例的碳/碳复合材料的制程流程图；以及
第2图是绘示根据本发明一较佳实施例的快速碳化设备的示意图。
附图标记
101：提供前驱体的步骤
103：以升温速率至少20℃/分进行第一碳化步骤
105：至少一致密化/第二碳化步骤
107：石墨化步骤
200：快速碳化设备             201：移动式试片座
203：高温炉                   204：气密式舱门
205：炉管                     207：试片
211：螺杆                     213：马达
221：入气口                   223：排气口
具体实施方式
实施例1
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为约10mm的散乱排列的PAN基短碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂(型号为PF-650；台湾长春人造树脂公司)后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，以70℃处理6小时而去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，然后加压并升温至160℃，持温30分钟，使预浸渍体固化成预型体。将预型体切割成尺寸例如50mm×10mm×1mm的小块后，随即进行稳定化处理步骤，是先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分的升温速率至230℃，持温2小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体进行第一碳化步骤，是于以碳化硅为发热体的传统高温炉中，通入流速为0.3升/分的氮气，并以15℃/分的升温速率至温度1000℃，持温5分钟，以形成碳/碳复合材料。之后，碳/碳复合材料随即进行致密化/第二碳化步骤，并重复进行四次。其中致密化处理的步骤即重复上述含浸、固化成型以及稳定化处理的步骤，而第二碳化步骤的条件亦与第一碳化步骤均同，故不另赘述，借此制得碳/碳复合材料。
实施例1所得的碳/碳复合材料的物性如第1A表所示，其中碳/碳复合材料的开放孔隙度及密度是遵循ASTM-C830的规范而得：
                       第1A表
碳/碳复合材料的处理   开放孔隙度(体积百分比)   整体密度(克/毫升)
  固化后   3.7   1.53
  第一碳化步骤后   23.1   1.33
  四次致密化/第二碳化步骤后   3.2   1.52
其次，所得的碳/碳复合材料的机械性质是依照美国测试与材料协会(American Society For Testing And Materials；ASTM)第D790项的标准测试方法(ASTM-D790)，利用万能试验机(SHIMADZU AGS-500D；Shimadzu Corp.，Japan)进行挠曲强度(Flexural Strength)及挠曲模数(Flexural Modulus)测试，其结果第1B表所示：
                           第1B表
碳/碳复合材料的处理   挠曲强度(百万帕；MPa)  挠曲模数(十亿帕；GPa)
  四次致密化/第二碳化步骤后   66.4  11.4
根据美国专利公告号第3,956,548号，碳/碳复合材料煞车盘片中心结构部分典型的机械性质摘录如下。举例而言，整体密度(Bulk density)为至少1.4克/毫升至约1.9克/毫升，然以介于约1.7克/毫升至约2.0克/毫升为更佳。垂直于积层方向(Perpendicular To Lamina)的挠曲强度为至少62MPa，而典型强度可达77.9MPa。
实施例1制备的碳/碳复合材料，其碳化速率15℃/分已高于大部分已知方法，而其机械性质仍可符合碳/碳复合材料煞车盘片应用的需求。
实施例2：以不同热压压力制备碳/碳复合材料
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为约4.5mm的散乱排列的PAN基短碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，于通入空气并于可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，分别以每平方英寸300磅(psi)、500psi、700psi、900psi以及1100psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。将预型体切割成尺寸例如50mm×10mm×2.5mm的小块后，以与实施例1相同的条件进行稳定化处理步骤，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行碳化步骤，是以15℃/分的升温速率至温度1000℃，持温40分钟，以形成碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料在第一碳化步骤前，其物性如第2A表所示，其中碳/碳复合材料的开放孔隙度及密度是遵循ASTM-C830的规范而得：
                         第2A表
  碳/碳复合材料所使用的热压压力(psi)   开放孔隙度(体积百分比)   整体密度(克/毫升)
  300   3.73   1.55
  500   3.65   1.57
  700   4.06   1.57
  900   3.46   1.60
  1100   3.70   1.60
其次，所得的碳/碳复合材料在第一碳化步骤后，其物性如第2B表所示：
                          第2B表
  碳/碳复合材料所使用的热压压力(psi)   开放孔隙度(体积百分比)   整体密度(克/毫升)
  300   16.69   1.36
  500   17.70   1.41
  700   13.06   1.41
  900   15.24   1.42
  1100   16.95   1.41
再者，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第2C表所示：
                         第2C表
  碳/碳复合材料所使用的热压压力(psi)       挠曲强度(MPa)         挠曲模数(GPa)
  固化后   第一碳化步骤后   固化后   第一碳化步骤后
  300   132.23   19.07   23.16   10.64
  500   105.95   15.62   20.59   9.46
  700   93.34   18.87   20.55   14.73
  900   83.67   9.80   18.80   9.98
  1100   78.39   12.14   20.22   9.65
大体上，虽然整体密度随着热压压力的增加而增加，不过其它性质并未因此提升。施加300psi热压压力的碳/碳复合材料在经过第一碳化步骤后所得的挠曲强度较高，然而施加700psi热压压力的碳/碳复合材料在经过第一碳化步骤后所得的挠曲模数较高。
实施例3：以不同碳纤维及不同碳化持温时间制备碳/碳复合材料
首先，进行含浸步骤，是取经编织的聚丙烯腈基碳纤维(型号为#3085 2Dplane weave；Mitsubishi Rayon Co.，Japan)或散乱排列的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，其中上述散乱排列的碳纤维的平均长度为4.5mm，于通入空气并于可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。将预型体分别切割成尺寸为80mm×10mm×3.7mm(经编织的碳纤维)或50mm×10mm×2.5mm(散乱排列的碳纤维)的小块后，随即进行稳定化处理步骤，是于通入空气并于可程控的高温炉中先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分的升温速率至230℃，持温8小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行碳化制程，是以1℃/分的升温速率至温度1200℃，未持温或持温60分钟，以形成碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料在第一碳化步骤前后，其物性如第3A表所示，其中碳/碳复合材料的开放孔隙度及密度是遵循ASTM-C830的规范而得：
                         第3A表
  碳/碳复合材料的处理      开放孔隙度(体积百分比)         整体密度(克/毫升)         厚度(毫米)
  散乱   经编织   散乱   经编织   散乱   经编织
  固化后   8.12   0.19   1.57   1.64   3.69   2.53
  第一碳化步骤中未持温   23.70   12.12   1.31   1.49   3.64   2.41
  第一碳化步骤中持温60分钟   22.49   11.68   1.34   1.51   3.61   2.48
其次，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第3B表所示：
                        第3B表
  碳/碳复合材料的处理     挠曲强度(MPa)      挠曲模数(GPa)
  散乱   经编织   散乱   经编织
  第一碳化步骤中未持温   19.2   58.4   4.5   48.1
  第一碳化步骤中持温60分钟   14.2   66.4   3.4   57.8
如第3A表所示，无论碳化步骤是否持温，在经过第一碳化步骤后散乱纤维与编织纤维的碳/碳复合材料均呈现孔隙度增加、密度与厚度减少的现象，而碳/碳复合材料的结构均保有良好的完整性。第一碳化步骤中持温效果对于碳/碳复合材料的孔隙度、密度及厚度虽未产生显著影响，但对于挠曲强度及挠曲模数影响较为显著。在第3B表中，采用经编织的碳纤维的碳/碳复合材料在第一碳化步骤中经持温后，其挠曲强度及挠曲模数均增加，相较之下，采用散乱排列的碳纤维的碳/碳复合材料在第一碳化步骤中未经持温，其挠曲强度及挠曲模数反而较佳。
实施例4：以不同体积百分比的碳纤维及不同碳化升温速率制备碳/碳复合材 料
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为4.5mm且散乱排列的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，于通入空气并于可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。然后，将预型体切割成尺寸例如50mm×20mm×10mm的小块。
接下来，前驱体进行一次碳化制程，是分别以20℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟、300℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、或600℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟的条件，于快速碳化设备中进行，借此制得碳/碳复合材料。上述快速碳化设备的高温炉是以二硅化钼(MoSi2)为发热体，而移动式石英管的管径为25mm。
所得的碳/碳复合材料在经过一次碳化制程后，其重量及厚度的百分比的变化如第4A表所示，其平均厚度是由6个不同量测点所得：
                                           第4A表
碳纤维的体积百分比                             碳/碳复合材料的处理
升温速率20℃/分        升温速率300℃/分         升温速率600℃/分
  重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)   重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)   重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)
  20   -24.06   -14.14   -   -   -27.74   -9.01
  30   -25.67   -11.14   -   -   -27.14   -10.70
  40   -16.77   -6.20   -   -   -17.27   -2.36
  50   -16.96   -4.24   -17.35   -2.13   -15.76   -0.94
  55   -13.85   -2.07   -14.07   -0.29   -13.46   -0.33
  60   -14.49   -1.38   -14.64   0.61   -13.14   1.44
  65   -13.63   -1.15   -12.50   0.30   -13.54   0.8
  70   -13.14   -0.36   -10.37   2.62   -10.74   2.35
  75   -10.55   -0.66   -   -   -   -
  80   -10.45   0.63   -   -   -   -
其次，所得的碳/碳复合材料在多步骤碳化制程前后，其密度的变化如第4B表所示，其中碳/碳复合材料的密度是遵循ASTM-C830的规范而得：
                                     第4B表
碳纤维的体积百分比                           碳/碳复合材料的处理
升温速率20℃/分      升温速率300℃/分      升温速率600℃/分
  碳化制程前的密度(g/ml)   碳化制程后的密度(g/ml)   碳化制程前的密度(g/ml)   碳化制程后的密度(g/ml)   碳化制程前的密度(g/ml)   碳化制程后的密度(g/ml)
  20   1.19   1.13   -   -   1.12   1.02
  30   1.35   1.23   -   -   1.35   1.16
  40   1.40   1.28   -   -   1.41   1.30
  50   1.47   1.28   1.47   1.25   1.49   1.27
  55   1.49   1.31   1.50   1.29   1.49   1.29
  60   1.56   1.36   1.55   1.32   1.56   1.33
  65   1.57   1.38   1.57   1.37   1.56   1.34
  70   1.56   1.36   1.58   1.38   1.57   1.37
  75   1.54   1.40   -   -   -   -
  80   1.55   1.39   -   -   -   -
此外，所得的碳/碳复合材料在经过一次碳化制程前后，其孔隙度的变化如第4C表所示，其中碳/碳复合材料的孔隙度是遵循ASTM-C830的规范而得：
                                        第4C表
碳纤维的体积百分比                           碳/碳复合材料的处理
    升温速率20℃/分        升温速率300℃/分       升温速率600℃/分
  碳化制程前的孔隙度(体积百分比)   碳化制程后的孔隙度(体积百分比)   碳化制程前的孔隙度(体积百分比)   碳化制程后的孔隙度(体积百分比)   碳化制程前的孔隙度(体积百分比)   碳化制程后的孔隙度(体积百分比)
  20   17.63   17.66   -   -   20.46   25.41
  30   6.09   21.58   -   -   6.40   27.81
  40   9.36   15.60   -   -   9.77   22.67
  50   4.56   26.18   3.99   24.04   4.38   23.65
  55   4.00   24.50   3.78   22.67   3.99   26.84
  60   2.89   22.15   3.06   18.31   4.18   21.90
  65   3.37   21.02   3.81   19.94   3.52   22.78
  70   2.59   19.77   2.79   16.78   2.89   19.69
  75   7.49   16.51   -   -   -   -
  80   7.21   17.59   -   -   -   -
另，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第4D表所示：
                                      第4D表
  碳纤维的体积百分比                              碳/碳复合材料的处理
     升温速率20℃/分       升温速率300℃/分      升温速率600℃/分
  挠曲强度(MPa)   挠曲模数(GPa)   挠曲强度(MPa)   挠曲模数(GPa)   挠曲强度(MPa)   挠曲模数(GPa)
  50   15.2   6.2   14.0   5.0   11.9   4.5
  55   17.0   7.0   14.7   4.4   14.0   7.3
  60   19.1   11.6   17.9   9.6   11.8   5.3
  65   16.3   8.0   15.7   8.3   11.4   5.9
  70   17.4   9.0   6.2   2.4   7.8   3.6
  75   13.6   8.5    -   -   -   -
  80   11.7   7.7    -   -   -   -
如第4A表所示，在经过20℃/分的碳化升温速率处理后，以不同体积百分比的碳纤维制得的碳/碳复合材料均保留其结构完整性。而经过300℃/分以及600℃/分的碳化升温速率处理后，碳纤维体积百分比在55％以上始保留了碳/碳复合材料的结构完整性。碳纤维的体积百分比越高，碳/碳复合材料的厚度也呈些微增加。在不同碳化升温速率的多步骤碳化制程前后，碳纤维的体积百分比越高，所得的碳/碳复合材料的重量及密度亦随之增加。但随着碳纤维的体积百分比增加，所得的碳/碳复合材料在经过多步骤碳化制程后会减少其厚度及重量。大体而言，随着碳化升温速率的增加，会些微提升孔隙度。根据碳纤维体积百分比介于50％至70％之间的碳/碳复合材料的结果，在碳化升温速率为20℃/分时，其孔隙度在经过一次碳化制程前会较低，而在碳化制程后会较高。在较高的碳化升温速率时，上述现象较不明显。另，随着碳化升温速率的增加，碳/碳复合材料的挠曲强度及挠曲模数会逐渐减少。一般而言，以碳纤维体积百分比介于55％至65％之间制得的碳/碳复合材料的挠曲强度及挠曲模数较高。
实施例5：以不同碳纤维及不同碳化升温速率制备碳/碳复合材料
首先，进行含浸步骤，是取五种不同的碳纤维以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内，于通入空气并于可程控的高温炉中以70℃处理6小时，去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂而形成预浸渍体。上述五种不同的碳纤维分别为平均长度为12mm的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)(以下简称碳纤维L)、平均长度为4.5mm的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)(以下简称碳纤维H)、平均长度为12mm的沥青基碳纤维(型号为Thorne P25W)(以下简称碳纤维P)、平均长度为12mm的Toray聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-300；Toray Co.，Japan)(以下简称碳纤维T)、以及聚丙烯腈基2D织布(以下简称碳纤维PW)。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体，预型体的纤维含量体积百分率约为50％。然后，将预型体切割成尺寸例如50mm×20mm×10mm的小块。
接下来，预型体进行碳化制程，是分别以100℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、或600℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟的条件，于快速碳化设备中进行，借此制得碳/碳复合材料。上述快速碳化设备的高温炉是以二硅化钼为发热体，而移动式石英管的管径为25mm。
所得的碳/碳复合材料在经过碳化制程后，其重量及厚度的百分比的变化如第5A表所示：
                          第5A表
  碳纤维的种类       升温速率100℃/分       升温速率600℃/分
  重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)   重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)
  L   -15.18   -4.51   -17.28   -4.65
  P   -25.90   -12.81   -25.01   -11.08
  T   -29.81   -16.59   -26.88   -9.73
  PW   -12.75   -1.77   -9.95   0.68
  H   -22.48   -4.14   -15.76   -0.94
而所得的碳/碳复合材料在经过碳化制程后，其密度及孔隙度是遵循ASTM-C830的规范而得，而其百分比的变化如第5B表所示：
                          第5B表
  碳纤维的种类       升温速率100℃/分        升温速率600℃/分
  密度百分比的变化(％)   孔隙度百分比的变化(％)   密度百分比的变化(％)   孔隙度百分比的变化(％)
  L   -10.01   163   -10.08   121
  P   -12.77   104   -12.87   82
  T   -17.50   405   -14.41   135
  PW   -9.78   212   -9.72   205
  H   -15.31   789   -14.86   573
又，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第5C表所示：
                        第5C表
  碳纤维的种类        升温速率100℃/分        升温速率600℃/分
 挠曲强度(MPa)  挠曲模数(GPa)  挠曲强度(MEa)  挠曲模数(GPa)
  L  41.21  18.67  41.11  19.79
  P  25.52  5.71  18.42  4.63
  T  30.22  16.91  26.78  15.32
  PW  53.95  22.60  48.89  26.93
  H  16.19  6.45  11.85  4.52
如第5A表所示，在经过100℃/分的碳化升温速率处理后，所有不同种类的碳纤维制得的碳/碳复合材料均保留其结构完整性。此外，除了以碳纤维PW制得的碳/碳复合材料经过600℃/分的碳化升温速率处理后其厚度略增，其它碳/碳复合材料在经过600℃/分的碳化升温速率处理后亦保留其结构完整性。碳纤维的体积百分比越高，碳/碳复合材料的厚度也呈些微增加。在上述材料中，以碳纤维L以及碳纤维PW制得的碳/碳复合材料具有较大的挠曲强度及挠曲模数。大体而言，碳/碳复合材料经过600℃/分的碳化升温速率处理后，挠曲强度(除了碳纤维L之外)及挠曲模数(除了碳纤维PW之外)较经过100℃/分的碳化升温速率处理者为低。另外，相较于以较短的碳纤维H制得的碳/碳复合材料，以较长的碳纤维L制得的碳/碳复合材料具有较大的挠曲强度及挠曲模数。
实施例6：以不同碳纤维、不同高分子基材以及不同碳化升温速率制备碳/碳 复合材料
首先，进行含浸步骤，是取二种不同的碳纤维以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，并于通入空气且可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。上述二种不同的碳纤维分别为平均长度为4.5mm的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)(以下简称短碳纤)以及经编织的聚丙烯腈基碳纤维(型号为#3085 2D plane weave；Mitsubishi Rayon Co.，Japan)(以下简称2D碳纤)。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。将预型体切割成尺寸例如50mm×10mm×2.5mm的小块后，随即进行稳定化处理步骤，是先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分的升温速率至230℃，持温8小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体分别以1℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟、或15℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟的条件，进行第一碳化步骤(C1)，以形成碳/碳复合材料。碳/碳复合材料随即进行致密化/第二碳化步骤，并重复进行四次(D1至D4)。其中致密化处理的步骤是分别于真空中再含浸(Re-Impregnation)于液态Resole型酚醛树脂或呋喃树脂，于95℃处理15分钟而去除树脂中多余的溶剂后，并于通入空气且可程控的高温炉中进行同上述的固化、稳定化以及第二碳化处理的步骤，而第二碳化步骤与第一次碳化相同，是分别以1℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟、或15℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟的条件，借此制得碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料在多步骤碳化制程后，其孔隙度及整体密度是遵循ASTM-C830的规范得出，而如第6A表所示：
                                           第6A表
  碳/碳复合材料的处理                  开放孔隙度的体积百分比(％) 整体密度(g/ml)
     碳化升温速率1℃/分       碳化升温速率15℃/分       碳化升温速率1℃/分        碳化升温速率15℃/分
  短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤
  再含浸于液态Resole型酚醛树脂
  热压固化   5.38   2.78   5.58   2.86   1.50   1.61   1.47   1.61
  C1   19.67   12.80   24.49   13.01   1.41   1.53   1.33   1.53
  D1   11.00   8.97   12.22   7.52   1.45   1.53   1.42   1.53
  D2   6.91   8.38   7.50   5.22   1.49   1.54   1.46   1.55
  D3   6.00   6.90   6.27   4.22   1.49   1.55   1.48   1.56
  D4   2.55   4.36   2.70   2.04   1.51   1.56   1.49   1.56
  再含浸于呋喃树脂
  热压固化   6.06   2.64   6.52   2.54   1.43   1.61   1.48   1.61
  C1   24.58   12.62   23.32   12.22   1.32   1.53   1.36   1.51
  D1   15.57   5.44   13.00   6.09   1.36   1.54   1.39   1.51
  D2   11.34   4.32   9.12   4.86   1.41   1.55   1.42   1.53
  D3   10.62   4.15   8.99   4.57   1.40   1.56   1.43   1.54
  D4   5.30   2.85   5.44   2.46   1.46   1.57   1.46   1.56
再者，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第6B表所示：
                                       第6B表
  碳/碳复合材料的处理             挠曲强度(MPa)                挠曲模数(GPa)
  碳化升温速率1℃/分     碳化升温速率15℃/分     碳化升温速率1℃/分     碳化升温速率15℃/分
  短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤   短碳纤   2D碳纤
  再含浸于液态Resole型酚醛树脂
  D4   60.4   64.0   97.5   64.9   13.3   41.3   20.1   41.2
  再含浸于呋喃树脂
  D4   64.8   54.6   48.2   51.3   18.4   38.9   10.8   35.4
如第6A表所示，在经过四次致密化/第二碳化步骤处理后，再含浸于液态Resole型酚醛树脂或呋喃树脂的碳/碳复合材料具有相近的密度，而以短碳纤或以2D碳纤制得的碳/碳复合材料亦具有相近的密度。然而，相较于经过1℃/分的碳化升温速率处理的碳/碳复合材料，经过15℃/分的碳化升温速率处理者的密度较高。再者，如第6B表所示，相较于再含浸于呋喃树脂的碳/碳复合材料，大部分再含浸于液态Resole型酚醛树脂的碳/碳复合材料具有较大的挠曲强度及挠曲模数。特别是以短碳纤并经过15℃/分的碳化升温速率处理的碳/碳复合材料更有显著不同。尤其是对利用短碳纤制得的碳/碳复合材料而言，再含浸于液态Resole型酚醛树脂并经过较高碳化升温速率处理后，比再含浸于呋喃树脂的效果更佳。
实施例7：以不同碳化升温速率制备碳/碳复合材料
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为4.5mm的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，并于通入空气且可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。将预型体切割成尺寸例如50mm×10mm×2.5mm的小块后，随即进行稳定化处理步骤，是先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分的升温速率至230℃，持温8小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体以下列条件进行第一碳化步骤(C1)，分别为1℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟、15℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、100℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、300℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、或1000℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟，以形成碳/碳复合材料。接着，进行第一石墨化步骤(G1)，将碳/碳复合材料置于石墨化炉中，在氦气2大气压下，自室温以10℃/分的升温速率至温度2200℃持温30分钟。之后，碳/碳复合材料随即进行致密化/第二碳化步骤，并重复进行四次(D1至D4)。上述致密化处理的步骤即重复上述含浸、固化以及稳定化处理的步骤，而第二碳化步骤的条件亦与第一碳化步骤均同，故不另赘述。随后，进行第二石墨化步骤(G2)，而第二石墨化步骤的条件亦与第一石墨化步骤均同，故不另赘述，借此制得碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料在多步骤碳化制程后，其孔隙度及整体密度是遵循ASTM-C830的规范得出，而如第7A表所示：
                                     第7A表
  碳化升温速率   开放孔隙度的体积百分比(％)                      碳/碳复合材料的处理
  热压固化   C1   G1   D4   G2
  1℃/分   3.16   18.13   12.13   5.13   3.04
  15℃/分   17.35   11.16   4.35   3.44
  100℃/分   16.94   10.04   4.84   2.43
  300℃/分   16.31   14.67   6.93   5.87
  1000℃/分   15.73   15.06   8.23   9.36
  1℃/分 整体密度(g/ml) 1.57   1.42   1.43   1.62   1.62
  15℃/分   1.43   1.41   1.61   1.61
100℃/分   1.41   1.41   1.58   1.59
  300℃/分   1.39   1.40   1.56   1.55
  1000℃/分   1.38   1.38   1.56   1.56
此外，所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第7B表所示：
                                         第7B表
  碳化升温速率   挠曲强度(MPa)                    碳/碳复合材料的处理
  C1   G1   D4   G2
  1℃/分   22.6   21.2   69.5   51.7
  15℃/分   21.5   19.6   54.1   28.0
  100℃/分   20.3   25.4   56.5   25.4
  300℃/分   26.0   17.4   43.1   54.2
  1000℃/分   23.8   30.2   69.5   55.3
  1℃/分   挠曲模数(GPa)   9.5   7.5   29.4   19.4
  15℃/分   10.2   6.3   22.7   10.3
  100℃/分   7.7   8.5   25.5   10.2
  300℃/分   10.3   7.2   20.1   17.9
  1000℃/分   8.6   10.5   23.2   17.0
如第7A表所示，以较高碳化升温速率处理的碳/碳复合材料，其密度较低而孔隙度较高，但意外的是，在经第二石墨化步骤处理后，明显提升以快速碳化处理的碳/碳复合材料的挠曲强度及挠曲模数，而如第7B表所示。举例而言，以1000℃/分的升温速率处理的碳/碳复合材料，其挠曲强度及挠曲模数相较于以1℃/分的升温速率处理者并无太大不同。
实施例8：以不同碳化升温速率制备大型碳/碳复合材料
首先，进行含浸步骤，是取长度为4.5mm的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，并于通入空气且可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体，其中预型体的尺寸例如为110mm×110mm×10mm。随即进行稳定化处理步骤，是先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分的升温速率至230℃，持温8小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行碳化制程。首先，前驱体以下列条件进行碳化步骤(C1)，分别为100℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、或1000℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟，以形成碳/碳复合材料。接着，进行石墨化步骤(G1)，将碳/碳复合材料置于石墨化炉中，在氩气2大气压下，自室温以10℃/分的升温速率至温度2200℃持温60分钟，借此制得碳/碳复合材料。
承上，所得的碳/碳复合材料在经过碳化与石墨化制程后，其重量及厚度的百分比的变化如第8表所示：
                          第8表
  碳/碳复合材料的处理       升温速率100℃/分       升温速率1000℃/分
  重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)   重量百分比的变化(％)   厚度百分比的变化(％)
  C1   -20.95   -3.40   -18.41   -1.31
  G1   -23.92   -5.47   -22.58   -4.66
如第8表所示，相较于实施例7的碳/碳复合材料，实施例8的碳/碳复合材料的体积虽然几乎大上100倍，但经过较高升温速率碳化及后续石墨化处理后，仍保留碳/碳复合材料的结构完整性。以不同碳化升温速率处理的碳/碳复合材料在重量及厚度上的变化并无太大不同。结果显示利用较高碳化升温速率可适用于制备大型碳/碳复合材料。
实施例9：以不同碳化升温速率利用碳黑掺杂的高分子基材制备碳/碳复合材 料
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为4.5mm的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于未掺杂或掺杂5体积百分比的碳黑的液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体。接着，利用与实施例7相同的制程，使上述预浸渍体形成前驱体。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体以下列条件进行第一碳化步骤(C1)，分别为1℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟以及15℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟，以形成碳/碳复合材料。接着，依序进行第一石墨化步骤(G1)、重复进行四次的致密化/第二碳化步骤(D1至D4)、以及进行第二石墨化步骤(G2)，其中上述制程亦与实施例7所述均同，故不另赘述，借此制得碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料的机械性质依照ASTM-D790利用万能试验机进行挠曲强度及挠曲模数测试，其结果第9表所示：
                          第9表
  高分子基材的种类      挠曲强度(MPa)       挠曲模数(GPa)
  升温速率1℃/分   升温速率15℃/分   升温速率1℃/分   升温速率15℃/分
  未掺杂碳黑   20.0   32.2   3.8   6.3
  掺杂5体积百分比的碳黑 32.0 33.9 8.2 9.0
如第9表所示，就以1℃/分的碳化升温速率处理而言，碳/碳复合材料的高分子基材掺杂5体积百分比的碳黑后，显著提升其挠曲强度及挠曲模数。然而就以15℃/分的碳化升温速率处理而言，碳/碳复合材料的高分子基材掺杂碳黑后，其挠曲强度并无显著改变，但其挠曲模数为显著增加。
实施例10：以不同碳化升温速率制备碳/碳复合材料的磨耗性
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为4.5mm且散乱排列的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体，并于通入空气且可程控的高温炉中以70℃处理6小时，以去除液态Resole型酚醛树脂中多余的溶剂。接着，进行热压固化成型步骤，是将上述预浸渍体置于不锈钢铸模内，以400psi的热压压力，升温至160℃，持温30分钟，使酚醛树脂固化而形成预型体。将预型体切割成尺寸例如外径25mm×内径10mm×厚4mm的环状试片后，随即进行稳定化处理步骤，是先以1℃/分的升温速率至160℃，再以0.5℃/分是升温速率至230℃，持温8小时，使预型体形成前驱体。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体以下列条件进行第一碳化步骤(C1)，分别为1℃/分的升温速率至温度1200℃持温30分钟、100℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟、或1000℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟，以形成碳/碳复合材料。接着，进行第一石墨化步骤(G1)，将碳/碳复合材料置于石墨化炉中，在氦气2大气压下，自室温以10℃/分的升温速率至温度2200℃持温30分钟。之后，碳/碳复合材料随即进行致密化/第二碳化步骤，并重复进行四次(D1至D4)。上述致密化处理的步骤即重复上述含浸、热压固化成型以及稳定化处理的步骤，而第二碳化步骤的条件亦与第一碳化步骤均同，故不另赘述。随后，进行第二石墨化步骤(G2)，而第二石墨化步骤的条件亦与第一石墨化步骤均同，故不另赘述，借此制得碳/碳复合材料，其中以1℃/分的升温速率制得的碳/碳复合材料简称为G2-1，以100℃/分的升温速率制得者简称为G2-100，而以1000℃/分的升温速率制得者简称为G2-1000。
碳/碳复合材料的磨耗试验在相对湿度约50％至约60％的空气中进行。在本研究中，无论转动轴或静止轴都采用相同夹具及磨耗试片规格。所有测试均以相同碳-碳复合材料彼此对磨，此种以相同材料对磨的方式，主要是模拟目前实际飞机煞车片的应用方式。为配合盘对盘的磨耗方式，本研究将材料加工成内径10mm、外径25mm的环状试片，其平均圆周长为5.5cm(平均半径＝(r1+r2)/2＝0.875cm，其中r1为内圈半径，而r2为外圈半径)，每单位转速的平均线速度为0.055公尺/分。同时用磨床将表面精密加工，以求精确的平坦度。试片底部正方形的设计，是为了方便安装于夹具上。为使所有试片磨耗前表面粗糙度相同，试片在做磨耗测试前皆经1200号砂纸预磨，并置于丙酮中以超音波洗净10分钟以上，以去除表面残留的研磨料与磨屑。
等速滑动磨耗试验的进行首先需将转动轴的转速提升至预设的转速(1000rpm)，然后静止轴的试片将下降并以0.8MPa的压力与转动轴的试片持续以相同的转速对磨2分钟，时间到时静止轴会自动上升，以使试片不再互相接触。在进行下一次测试之前，试片的温度有足够的时间降至室温，并进行秤重与照相。每组试片进行六次相同的等速磨耗试验。试片磨耗过程中的摩擦系数(Coefficient Of Friction；COF)经由计算机计算并记录，其计算公式如下式(I)所示：
μ＝M/rFn                                           (I)
其中μ为摩擦系数，M为转矩，Fn为正向力，而r则为试片的平均半径。
所得的碳/碳复合材料在经多步骤碳化制程后的整体密度与孔隙度，以及磨耗试验中各组复合材料的平均摩擦系数(COF)及每次测试的平均磨耗率(即重量损失；克/测试)悉如第10表所示：
                                 第10表
碳/碳复合材料   整体密度(g/ml)  开放孔隙度(体积百分比) 平均摩擦系数  平均磨耗率(克/测试)
  G2-1   1.63  7.4   0.43  0.020
  G2-100   1.58  9.1   0.40  0.023
  G2-1000   1.57  9.1   0.45  0.044
如第10表所示，当增加碳化升温速率时，实施例10所得的碳/碳复合材料的平均摩擦系数介于0.43至0.45之间，并无太大不同，不过重量损失就随着碳化升温速率增加而增加，即从0.020增加至0.044。
实施例11：改善快速碳化的碳/碳复合材料磨耗性的方法
首先，进行含浸步骤，是取平均长度为4.5mm且散乱排列的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan)以真空含浸于液态Resole型酚醛树脂后，置于塑料铸模内而形成预浸渍体。接着，依序进行热压固化成型步骤以及稳定化处理步骤，其中热压固化成型步骤以及稳定化处理步骤是与实施例10均同，故不另赘述。
接下来，进行多步骤碳化制程，其中除了第一碳化步骤(C1)是以1000℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟的条件进行之外，其余后续的第一石墨化步骤(G1)、重复进行四次的致密化/第二碳化步骤(以下简称后处理)、以及第二石墨化步骤(G2)与实施例10均同，故不另赘述。试片处理至此阶段的磨耗性质已于实施例10的内容中详述，为改善快速碳化试片的磨耗性质，本实施例将已处理至G2阶段的试片再次施以“致密化/碳化以及石墨化”的处理(以下简称后处理)。当上述的后处理使用与上述相异的再含浸的树脂时，此再含浸的树脂可例如呋喃树脂(以下简称F)或煤焦沥青(以下简称P)，并可选择性加入1重量百分比的含碳添加物于此再含浸的树脂中，其中含碳添加物可选用碳黑(以下简称CB)、石墨粉(以下简称G)或介相沥青粉末(以下简称M)。至于致密化/碳化步骤、石墨化步骤、磨耗试验的条件及步骤与实施例10均同，故不另赘述。
所得的碳/碳复合材料在经后处理之后的整体密度与孔隙度，以及磨耗试验中各组复合材料的平均摩擦系数及每次测试的平均磨耗率，悉如第11表所示：
                                 第11表
 再含浸的树脂(试片代号)       整体密度(g/ml)     开放孔隙度(体积百分比) 平均摩擦系数 平均磨耗率(克/测试)
  后处理前   后处理后   后处理前   后处理后
 O   1.576   1.590   9.27   10.12   0.37±0.0179   0.0516±0.0084
 F   1.567   1.593   8.28   7.83   0.40±0.0300   0.0317±0.0063
 F-CB   1.541   1.561   8.29   8.16   0.36±0.0436   0.0164±0.0067
 F-G   1.557   1.577   9.30   8.43   0.40±0.0475   0.0216±0.0058
 F-M   1.603   1.598   6.37   7.38   0.37±0.0510   0.0186±0.0062
 P   1.554   1.590   9.78   8.62   0.34±0.0336   0.0160±0.0027
 P-CB   1.535   1.582   9.75   6.52   0.38±0.0423   0.0091±0.0020
 P-G   1.544   1.578   9.45   7.00   0.31±0.0629   0.0126±0.0040
 P-M   1.545   1.580   8.68   7.53   0.39±0.0248   0.0094±0.0014
如第11表所示，除了以F-M作为后处理的再含浸的树脂以外，其它经后处理的碳/碳复合材料的密度有些微增加，而孔隙度则下降。后处理以煤焦沥青(P)为主的碳/碳复合材料在密度及孔隙度的变化，比后处理以呋喃树脂(F)为主的碳/碳复合材料来得大。在后处理之后，所有的碳/碳复合材料在平均摩擦系数及重量损失均下降。后处理以煤焦沥青(P)为主的碳/碳复合材料在重量损失方面，比后处理以呋喃树脂(F)为主的碳/碳复合材料来得更少。在上述所有碳/碳复合材料中，后处理以P-CB以及P-M的碳/碳复合材料的重量损失较少，只有G2-1的一半，而且维持较高的摩擦系数值(将近0.4)。上述结果显示经过适当的后处理，特别是以煤焦沥青作为后处理的再含浸的树脂，可大大改善快速碳化的碳/碳复合材料的磨耗性。
实施例12：高分子基材与含碳添加物对于碳/碳合材料磨耗性的影响
首先，进行含浸步骤，是取55体积百分比的散乱排列的聚丙烯腈基碳纤维(型号为Torayca T-700S；Toray Co.，Japan；长度为4.5mm)与两种不同的高分子基材制成预浸渍体，其中上述两种不同的高分子基材可例如为液态Resole型酚醛树脂(以下简称液态树脂)，或将粉状诺佛拉克(Novolaks)型酚醛树脂(以下简称粉状树脂)溶解于醇类中。上述使用液态树脂的制程与实施例11所述相同，而粉状树脂的制程则以酒精为溶剂，将尺寸200mesh的适量粉状树脂与纤维均匀混合后即置入不锈钢热压模具。上述高分子基材中可选择性加入含碳添加物，其中含碳添加物可选用碳黑(以下简称CB)或石墨粉(以下简称G)。接着，依序进行热压固化成型步骤以及稳定化处理步骤，使尺寸例如25mm(外径)×10mm(内径)×4mm(厚)的预型体形成前驱体，其中热压固化成型步骤以及稳定化处理，其中热压固化成型步骤与实施例11均同，而稳定化处理为180℃持温30分钟。
接下来，前驱体进行多步骤碳化制程。首先，前驱体进行第一碳化步骤(C1)，是以1000℃/分的升温速率至温度1200℃持温3分钟的条件进行，以形成碳/碳复合材料。接着，进行第一石墨化步骤(G1)，将碳/碳复合材料置于石墨化炉中，在氩气气压下，自室温以4.5℃/分的升温速率至温度2200℃持温60分钟。之后，碳/碳复合材料随即进行致密化/第二碳化步骤，并重复进行四次(D1至D4)。上述致密化处理的步骤即重复上述含浸、固化以及稳定化处理的步骤，其中重复含浸步骤是使用液态Resole型酚醛树脂作为再含浸的树脂。随后，进行第二石墨化步骤(G2)，而第二石墨化步骤的条件亦与第一石墨化步骤均同，故不另赘述，借此制得碳/碳复合材料。
所得的碳/碳复合材料在经过上述处理之后，其整体密度、孔隙度，以及磨耗试验中平均摩擦系数及每次测试的平均磨耗率，悉如第12表所示：
                         第12表
  高分子基材与含碳添加物   整体密度(g/ml)   开放孔隙度(体积百分比)   平均摩擦系数  平均磨耗率(克/测试)
  液态树脂   1.51±0.016   12.25±4.39   0.303  0.1333
  液态树脂+5体积百分比的CB 1.51±0.030 8.82±0.59 0.350 0.1326
  粉状树脂   1.48±0.015   9.44±1.24   0.329  0.0301
  粉状树脂+5体积百分比的CB 1.48±0.018 10.66±1.68 0.431 0.0141
  粉状树脂+10体积百分比的CB 1.49±0.021 10.49±1.23 0.307 0.0297
  粉状树脂+5体积百分比的G   1.47±0.011   9.36±1.02   0.257  0.0181
  粉状树脂+10体积百分比的G   1.52±0.040   9.44±1.24   0.369  0.0126
如第12表所示，以粉状树脂制得的碳/碳复合材料的磨损率较低。当加入含碳添加物后，以粉状树脂制得的碳/碳复合材料的磨损率降低幅度亦较大。上述结果显示适当结合粉状树脂以及含碳添加物，可有效改善碳/碳复合材料的磨耗性。
实施例13：改善已知碳/碳复合材料磨耗性的方法
本实施例的目的在验证前述「后处理」对其他配方的碳/碳复合材料是否也有提升磨耗表现的效果。使用的试片为化学气相渗入法(Chemical VaporInfiltration；CVI)制得的二维碳/碳/沥青/酚醛树脂(2D C/C pitch/phenolic/CVI；代号A)与化学气相渗入法制得的聚丙烯腈基碳纤维(PAN/CVI；代号B)均为现今广泛用于飞机煞车的配方，其制备方式与性质请参阅由美国的学院出版社(Academic Press，San Diego，CA)于1989年出版、许氏(S.E.Hsu)与陈氏(C.I.Chen)所著的“Superalloys，Supercomposites and Superceramics”一书第721页至第744页(Academic Press，San Diego，CA，1989)的内容。
试片后处理以及等速滑动磨耗试验的进行步骤亦同实施例11，但由于实施例13的试片密度高于实施例11的试片，为突显各组试片摩擦系数与磨耗量的差异，实验条件中的压力增为1.7MPa，而转速仍为1000rpm，每次试验时间2分钟，每组试片进行6次试验。
所得的碳/碳复合材料在经后处理之后的整体密度与孔隙度，以及磨耗试验中各组复合材料的平均摩擦系数及每次测试的平均磨耗率，悉如第13表所示：
                             第13表
  试片代号   碳/碳复合材料与后处理配方   整体密度(g/ml)   开放孔隙度(体积百分比)   平均摩擦系数   平均磨耗率(克/测试)
AA-FBA-PM   沥青/酚醛树脂/CVIA-呋喃树脂/碳黑A-煤焦油沥青/介相沥青 1.731.741.80 7.946.206.86 0.47400.45460.5759 0.00350.00190.0037
  BB-FBB-PM   PAN/CVIB-呋喃树脂/碳黑B-煤焦油沥青/介相沥青   1.731.771.78   12.6711.168.06   0.51490.72230.5645   0.00930.00960.0046
如第13表所示，以实用的观点而言，本实施例提出了一个相当简单的方法，以改善现今飞机煞车用的主要两大类碳/碳复合材料的磨润性质，不仅可以大幅稳定其摩擦系数，还可有效的减少近一半的磨耗量(如A-FB以及B-PM)，且又不至于对原有的摩擦系数改变太多。
简言之，本发明利用碳化升温速率较高的多步骤碳化制程而制得此碳/碳复合材料，且所得的碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅成功克服已知碳化步骤的瓶颈，缩短制程时间，更节省制造成本及能源。
值得一提的是，本发明制得的碳/碳复合材料可应用于磨擦材料(例如：军用与民用飞机的煞车盘片，赛车离合器与煞车，高速铁路煞车系统等)、航天工业应用(例如：高速飞行器如航天飞机、太空飞机以及导弹的鼻锥与机翼前缘隔热材料，火箭的鼻锥与引擎喷嘴，喷射引擎的涡轮叶片与喷嘴等)、耐火材料(例如：热压模具，金属高温吹制用模具，坩埚，电阻式发热体，耐高温抗蚀螺丝螺帽，玻璃工业用的熔融玻璃导管、水晶杯模具等)、耐蚀材料(例如：化工制程用送料管线、搅拌器、过滤板材、分离液态混合物的设备，燃料电池电极与结构材，核废料容器等)、以及生医材料(例如：人工髋关节、人造心脏、人造骨等)等方面。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的碳/碳复合材料的制造方法，其优点在于利用较高的碳化升温速率所形成的碳/碳复合材料。此多步骤碳化制程的碳化升温速率介于约20℃/分至约1500℃/分之间，且此碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅缩短制程时间，进而节省制造成本及能源。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的碳/碳复合材料，其优点在于此碳/碳复合材料是经由碳化升温速率较高的多步骤碳化制程而制得。由于本发明的碳/碳复合材料在机械性质及磨润性质等方面均不亚于已知制程产品的表现，因此不仅缩短制程时间，更节省制造成本及能源。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (50)

1.一种碳/碳复合材料的制造方法，至少包含：
提供一前驱体，包含混合碳纤维与一第一高分子基材的步骤，其中该前驱体的组成至少包含体积百分比介于20％至80％的一碳纤维混合于一第一高分子基材中；以及
进行至少一第一碳化步骤，其中该第一碳化步骤的一升温速率为至少20℃/分，以使该前驱体形成该碳/碳复合材料。
2.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维混合于该第一高分子基材的步骤更至少包含进行一真空含浸步骤，以将该碳纤维混合于该第一高分子基材中。
3.如权利要求2所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该液体真空含浸步骤后，更至少包含进行一热压固化成型步骤。
4.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维混合于该第一高分子基材的步骤更至少包含进行一高压含浸步骤，以将该碳纤维混合于该第一高分子基材中。
5.如权利要求4所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该液体高压含浸步骤后，更至少包含进行一热压固化成型步骤。
6.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维混合于该第一高分子基材的步骤更至少包含以一热压固化方式将该碳纤维混合于该第一高分子基材中。
7.如权利要求3、5或6所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该热压固化步骤之后，更至少包含进行一稳定化处理步骤，是以一温度介于100℃至400℃之间进行。
8.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维的体积百分比是介于30％至70％。
9.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维的体积百分比是介于40％至60％。
10.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维的材质是选自于由聚丙烯腈基、沥青以及嫘萦所组成的一族群。
11.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该碳纤维的排列是选自于由一经编织的长纤维、一散乱排列的长纤维、一散乱排列的短碳纤维、一切短的纤维束以及一分散的短纤维所组成的一族群。
12.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该第一高分子基材是选自于由一热固型树脂以及一热塑型高分子所组成的一族群。
13.如权利要求12所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该热固型树脂是选自于由酚醛树脂、呋喃树脂以及聚亚酰胺所组成的一族群。
14.如权利要求13所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该酚醛树脂是选自于由液态Resole型酚醛树脂以及诺佛拉克型酚醛树脂所组成的一族群。
15.如权利要求14所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该诺佛拉克型酚醛树脂是于常温下为粉状。
16.如权利要求12所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该热塑型高分子是选自于由石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青以及聚醚醚酮聚合物所组成的一族群。
17.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该前驱体的组成更至少包含重量百分比介于0.1％至30％之间的一第一含碳添加物，且该第一含碳添加物是选自于由碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物以及上述的任意组合所组成的一族群。
18.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该升温速率是介于20℃/分至1500℃/分之间。
19.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该升温速率是介于100℃/分至1000℃/分之间。
20.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该第一碳化步骤是于一温度介于500℃至2000℃之间进行。
21.如权利要求1所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该第一碳化步骤后，更至少包含进行至少一致密化/第二碳化步骤，其中该致密化/第二碳化步骤更至少包含：
进行一重复含浸步骤，是将该碳/碳复合材料含浸于一第二高分子基材中，其中该第二高分子与该第一高分子为相同或不同；
进行一固化步骤，以固化该第二高分子基材；
进行该稳定化步骤，是以一温度介于100℃至400℃之间进行，以稳定化该第二高分子基材；以及
进行该第二碳化步骤，其中该第二碳化步骤的一升温速率是介于100℃/分至1000℃/分之间，以碳化该第二高分子基材。
22.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该重复含浸步骤是选自于由一真空含浸步骤以及一高压含浸步骤所组成的一族群。
23.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该第二高分子基材是选自于由一热固型树脂以及一热塑型高分子所组成的一族群。
24.如权利要求23所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该热固型树脂是选自于由液态Resole型酚醛树脂、呋喃树脂以及聚亚酰胺所组成的一族群。
25.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该热塑型高分子是选自于由石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青以及聚醚醚酮聚合物所组成的一族群。
26.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该重复含浸步骤中，更至少包含重量百分比介于0.1％至30％之间的一第二含碳添加物加入该第二高分子基材中，且该第二含碳添加物是选自于由碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物以及上述的任意组合所组成的一族群。
27.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中该在该第一碳化步骤以及该致密化/第二碳化步骤之间，更至少包含一石墨化步骤。
28.如权利要求21所述的碳/碳复合材料的制造方法，其中在该致密化/第二碳化步骤之后，更至少包含进行另一石墨化步骤。
29.一种强化碳/碳复合材料的方法，至少包含：
进行一重复含浸步骤，是将一碳/碳复合材料含浸于一高分子基材中；
进行一热固化步骤，以固化该高分子基材；
进行一稳定化步骤，是以一温度介于100℃至400℃之间进行，以稳定化该高分子基材；以及
进行一碳化步骤，以强化该碳/碳复合材料。
30.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该重复含浸步骤是选自于由一真空含浸步骤以及一高压含浸步骤所组成的一族群。
31.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该碳化步骤的一升温速率为至少20℃/分。
32.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该碳化步骤的一升温速率是介于20℃/分至1500℃/分之间进行。
33.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该碳化步骤的一升温速率是介于100℃/分至1000℃/分之间进行。
34.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该高分子基材是选自于由一热固型树脂以及一热塑型高分子所组成的一族群。
35.如权利要求34所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该热固型树脂是选自于由液态Resole型酚醛树脂、呋喃树脂以及聚亚酰胺所组成的一族群。
36.如权利要求34所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中该热塑型高分子是选自于由石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青以及聚醚醚酮聚合物所组成的一族群。
37.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中在该重复含浸步骤中，更至少包含重量百分比介于0.1％至30％之间的一含碳添加物加入该高分子基材中，且该含碳添加物是选自于由碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物以及上述的任意组合所组成的一族群。
38.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中在该致密化/碳化步骤之前，更至少包含进行一石墨化步骤。
39.如权利要求29所述的强化碳/碳复合材料的方法，其中在该致密化/碳化步骤之后，更至少包含进行另一石墨化步骤。
40.一种碳/碳复合材料，其是通过如权利要求12所述的方法制备。
41.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该碳纤维的体积百分比是介于30％至70％。
42.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该碳纤维的体积百分比是介于40％至60％。
43.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该碳纤维的排列是选自于由一经编织的长纤维、一散乱排列的长纤维、一散乱排列的短碳纤维、一切短的纤维束以及一分散的短纤维所组成的一族群。
44.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该热固型树脂是选自于由液态Resole型酚醛树脂、呋喃树脂、聚亚酰胺以及诺佛拉克型酚醛树脂所组成的一族群。
45.如权利要求44所述的碳/碳复合材料，其中该诺佛拉克型酚醛树脂是于常温下为粉状。
46.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该热塑型高分子是选自于由石油沥青、煤焦油沥青、介相沥青以及聚醚醚酮聚合物所组成的一族群。
47.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该碳/碳复合材料更至少包含重量百分比介于0.1％至30％之间的一第一含碳添加物，且该第一含碳添加物是选自于由碳黑、碳纳米微粒、纳米碳管、介相沥青粉末、石墨粉、其它碳化物以及上述的任意组合所组成的一族群。
48.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该升温速率是介于20℃/分至1500℃/分之间。
49.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该升温速率是介于100℃/分至1000℃/分之间。
50.如权利要求40所述的碳/碳复合材料，其中该第一碳化步骤是于一温度介于500℃至2000℃之间进行。
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