C/C復(fù)合材料是指以炭纖維或其織物為增強(qiáng)相，以化學(xué)氣相滲透的熱解炭或液相浸漬-炭化的樹脂炭、瀝青炭為基體組成的一種純炭多相結(jié)構(gòu)。C/C復(fù)合材料是一種新型高性能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性、高導(dǎo)熱、和低密度等多個優(yōu)異特性，在許多重要領(lǐng)域，包括航天、航空和國防領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。C/C 復(fù)合材料高溫下仍具有高強(qiáng)度、高模量、良好的斷裂韌性和耐磨性能，是理想的高溫工程結(jié)構(gòu)材料，但其抗氧化性能差，在370℃以上氧化環(huán)境中就會發(fā)生氧化。提高其高溫抗氧化性能是拓寬該材料應(yīng)用前景的關(guān)鍵。

提高C/C復(fù)合材料高溫抗氧化性能

　　采用陶瓷材料對 C/C 復(fù)合材料進(jìn)行改性，可提高 C/C 復(fù)合材料的抗氧化性能，陶瓷改性后的 C/C復(fù)合材料的抗氧化溫度主要由改性陶瓷材料自身的熔點(diǎn)及其氧化物的熔點(diǎn)決定。SiC、ZrC、ZrB2、HfC、HfB2等陶瓷的熔點(diǎn)高、密度低，是 C/C 復(fù)合材料高溫抗氧化改性的理想選擇，可解決困擾高超聲速飛行器等新型武器技術(shù)發(fā)展面臨的超高溫抗氧化熱防護(hù)技術(shù)難點(diǎn)，在高超聲速飛行器大型復(fù)雜熱防護(hù)構(gòu)件上顯示出廣闊應(yīng)用前景。

　　一、SiC 陶瓷基體改性復(fù)合材料。

　　由于 SiC 與 C/C 復(fù)合材料的熱脹系數(shù)較為匹配，故成為 C/C 復(fù)合材料基體抗氧化改性最為常用的陶瓷材料。材料中 SiC 基體的主要作用是氧化形成致密的 SiO2基玻璃質(zhì)層，可有效保護(hù)碳纖維不被氧化。SiC 陶瓷基體的制備技術(shù)成熟，原材料來源廣泛、成本低，因而得到了廣泛應(yīng)用。

　　德國航天中心為美國 NASA 的 X-38 飛行器制備的 C/C-SiC 鼻錐，其最高使用溫度為1750℃ 。該中心還與日本合作，采用制備C/C-SiC碳陶熱防護(hù)系統(tǒng)陶瓷瓦樣件，在風(fēng)洞試驗(yàn)中樣件的最大試驗(yàn)溫度達(dá)到 2700℃;航天運(yùn)載器飛行試驗(yàn)中回收艙成功再入大氣層，樣件表面溫度約達(dá)到 2200℃，未發(fā)生任何明顯問題。

　　二、超高溫陶瓷基體改性 C/C復(fù)合材料

　　2000℃ 以上熱防護(hù)部件通常需要選用超高溫陶瓷改性碳陶復(fù)合材料。俄羅斯研制的 C/C-TaC-HfC 碳陶復(fù)合材料喉襯經(jīng)過了 8.0 MPa、3800℃、60 s 發(fā)動機(jī)試車考核，線燒蝕率比多維編織 C/C 復(fù)合材料喉襯明顯降低。

　　為滿足國內(nèi)超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室2500 K 耐高溫抗氧化使用要求，西安航天復(fù)合材料研究所進(jìn)行了ZrC、ZrB2超高溫陶瓷基體改性抗氧化 C/C 復(fù)合材料研究。與單純 SiC 陶瓷改性 C/C 材料相比，超高溫陶瓷( ZrC、ZrB2)基體的引入，大幅度提高了復(fù)合材料的高溫抗氧化性能，其中三元陶瓷體系(SiC-ZrC-ZrB2)基體改性的效果更優(yōu)于二元陶瓷體系(ZrB2-SiC)。具體表現(xiàn)為質(zhì)量燒蝕率呈現(xiàn)數(shù)量級降低;線燒蝕厚度急劇減小(燒蝕厚度≤0.1 mm)。這表明三元超高溫陶瓷(SiC-ZrC-ZrB2) 基體改性 C/C 復(fù)合材料的耐高溫抗氧化性能得到明顯提高，能夠滿足2500K、600 s 高溫抗氧化要求。
 

責(zé)任編輯：田雙

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414