抗烧蚀CC复合材料研究进展
C／C复合材料抗氧化涂层研究进展
护， ／ Ｃ Ｃ复合材料就难以在高温下满 足使用要求 ， 所 以各 国对 解 决 Ｃ Ｃ复 合 材料 的氧化 问题 极 为 重 ／ 视， 也是 目前 Ｃ Ｃ复合材料研究 的热点和难点 国 ／
内 外 对Ｃ／ 合 材 料 的抗 氧 化 研究 主要 从 两个 方 Ｃ复
作者 简介 ￣ （９ ２ ） 女 ， 西 渭 阳人 ，０ ４年 毕 业 于 长 安 大学 无 机 非金 属 材料 专 业 ， 杨 １８－ ， 陕 ２０ 现为 西 安航 天 复合 材 料 研 究 所 在 读 研 究 生 ， 要 从 事 主
ｐ ｅ ａ ｉｇ ｍｅｈ ｄ ｆ ｏ ｔｎ ｓａ ｅｉｔｏ ｕ ｅ ． ｄ ｔ ｅｐ ｏ ｐ ｃ ｆｏ ｉａｉｎ ｒ ｓｓａ ｃｃ ａ ｉｇｗａ ｌｕ ｔａ— ｒ ｐ ｒｎ ｔ ｏ ｓｏ ａ ｉｇ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ Ａｎ ｈ （ ｓ ｅ ｔｏ ｘｄ ｔ ｅ ｉｔ ｎ ｏ ｔｎ ｓｉ ｓｒ ｔ ｃ ｏ ｌ
本 身 的孔隙 向内部 扩散 ， 以材料 缺陷为 活性 中心 ， 并 在 杂 质微 粒 （ ， ， Ｍｇ等 ） ＮａＳ Ｋ， 的催 化作 用下 发 生氧 化 反 应 ， 成 的 Ｃ 或 Ｃ 气 体 最终 从 材料 表 面脱 生 Ｏ Ｏ。 附， 从而 引起 Ｃ Ｃ复合 材 料 的失 重［。如不 加 以保 ／ ２ ］
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炭
・１ ・ ６
素
ＣＡＲＢ０Ｎ
２０ ０ ６年第 ４期 总第 １ ８期 ２
文 章编号 ：０ １ ９ ８ ２ ０ ） ４ Ｏ １ 一Ｏ ｉ ０ —８ ４ （ ０ ６ ０ － ０ ６ ７
ｃ ｃ复 合材 料 抗 氧化 涂层 研 究进 展 ／
杨 星， 崔红 ， 闰联 生
ｃ ｃ复合材料先进制造技术的研究。 ／
碳碳复合材料的应用研究现状
碳碳复合材料的应用研究现状碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composites，简称C/C复合材料）是一种高性能的结构材料，由碳纤维和炭化石墨相互穿插制成。
由于其优异的力学性能、耐高温性能和抗氧化性能，碳碳复合材料被广泛应用于航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域。
在航空航天领域，碳碳复合材料被广泛应用于航天器热防护系统、发动机喷管、推力矢量控制器等关键部件。
由于碳碳复合材料的高温稳定性和耐烧蚀性能，可以有效保护航天器在高速进入大气层时受到的热载荷，提高航天器的安全性能和使用寿命。
同时，碳碳复合材料还可以用于制造发动机喷管，由于其具有较高的导热性能和机械强度，可以有效提高发动机的推力和燃烧效率。
在航空制动系统中，碳碳复合材料可以用于制造刹车盘和刹车瓦。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车系统的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的密度和良好的抗疲劳性能，可以减轻飞机的重量，提高飞机的载荷能力和燃油效率。
在摩擦材料领域，碳碳复合材料可以用于制造刹车片和离合器片。
由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车和离合器的制动效率和耐久性。
此外，碳碳复合材料还具有较低的摩擦噪声和磨损率，可以提高汽车驾驶的舒适性和安全性。
除了航空航天、航空制动系统和摩擦材料，碳碳复合材料还有许多其他应用领域。
例如，在核能领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的结构材料和导热材料，由于其具有较高的热导率和较低的中子俘获截面，可以提高核反应堆的热效率和安全性能。
在光学领域，碳碳复合材料可以用于制造太阳能电池板的支撑结构，由于其具有较低的质量和较高的强度，可以提高太阳能电池板的转换效率和使用寿命。
碳碳复合材料的应用研究已经取得了显著的进展，其在航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域的广泛应用为相关行业带来了许多技术突破和经济效益。
随着科学技术的不断发展和创新，相信碳碳复合材料的应用前景将更加广阔。
耐烧蚀弹性体复合材料的研究进展
特 性 ，可 用 作 固体火 箭 发动 机 壳体 的 内绝 热层 ，
是航 天航 空 领域 必不 可 少 的高 性 能配套 材 料 。石 棉填 充弹 性体 是应 用 最广 的耐烧 蚀柔 性 绝 热层 材 料 。２ 世 纪７ 年代 研 制成 功 的芳 纶 纤维 ， 以其 高 Ｏ ０
强度 、高模 量 、低 密度 、耐 高温 、化 学 稳定 性好
从热化学的角度看，聚合物的热保护过程主
要分 为两 类 ：一是 聚合 物分解 、汽 化吸 热 ，即为
对 内层起 到有 效 的热 防护作 用 。防热 复合材 料 的 烧 蚀模 型如 图 １ 示 。 所
粒子云 两相流
边界层 炭化 区
反应层
原材料
图 １ 防 热 复合 材 料 的烧 蚀 模 型
对 聚合 物 而言 ，材 料 积聚 的热 量先 将 聚合 物 主链 上 的侧基 裂解 ， 进而 主链 上 的化 学键 也断 裂 ， 聚 合物 内部存 在着 主链 断 裂和 侧基 裂 解两 个竞 争 反应 。如 果前 者 占优 势 ，则材 料 主要 通过 分解 方 式吸 收大 量 的热 量 ；如果 后 者 占优 势 ，则 原 来 的 链 结构 将 以碳 的形 式保 留下来 ，此 时 ，会 在烧 蚀
升华 型耐 烧蚀 ：二 是聚合 物炭 化 、通 过再辐 射 散 热 ，即为 成碳 型耐烧 蚀 。在烧 蚀过 程 中 ，开 始受 热 时 ，材 料吸 收能 量并 向 内部 传导 ，但 是 由于材
料热 导率 很小 ，热量 来不及 扩 散 出去而集 中在 材 料 表面 ，使 表面温 度迅 速升 高 ，暴露 在高温 、 高
２ １． １ ０１ Ｎ０．
C／C复合材料高温抗氧化性的研究进展
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中 国 陶 瓷 工 业
２０ ０ ７年 第 ５期
芯会被迅速烧蚀 。碳纤维的发 展方向是 ： 高性能化 ． 通过 设计 更合理的微观结构和更先进的处理工艺来提高性能 ；二是低
部 门 ， 在生物医用方面也得到应用 。但是上述 许多性能只
有在惰性气 氛下才能 保持 ，／ ＣＣ复合材 料 大都用于 高温 氧化 环境 ，而其在较底温度 的氧化 环境下就会发生 氧化 。研究表 明 ，作为高温结构材 料 ，碳在 ３０ ７ ℃的有 氧气氛 中就 开始氧 化， 温度高于 ５ ０ ０ ℃时迅速 氧化 ， 最综 导致 Ｃ Ｃ复合材料 发生 ／ 毁灭性破坏【。因此 ＣＣ复合材料的有效 氧化 防护是其在高 １ 州 ／
Ｃ Ｃ 复 合材 料 高 温抗 氧 化 性 的研 究 进 展 ／
任 富建 刘 红 娟 沈 毅
（ 国地 质 大 学材 料科 学与化 学工程 学院 ， 中 武汉 ：３ ０ ４ ４ ０７ ）
摘 要 Ｃ／ Ｃ复合材料 高温氧化性 限制 了其在 高温领域的 更广泛应 用。结合 国 内外近年关 于 Ｃ／ Ｃ复合材料 高温抗氧化性的研 究报道 。 简要介绍 了 Ｃ／ Ｃ复合材料氧化机理 ， 从内部保护和外部 涂层两个角度 总结 了今 年来抗氧化性 能的研 究结果 ， 并
３１ 碳 纤 维 改 性 ．
目 ＣＣ复合材料 的抗 氧化措施主要 有两类 ： １ 前 ／ （ ）内部 保护 ， ＣＣ复合材料成型前就对碳纤维和碳基体 进行改性 在 ／ 处理 ， 使它们本身具有较强 的抗氧化 能力 ， 添加各种抗氧 以及 化剂来提高 ＣＣ复合材料的高温抗氧化性能 。 ２） 部涂层 ， ／ （ 外 通过在材料表面进行各类涂层防止含氧气体接 触扩散来提高 ＣＣ复合材料的高温抗氧化性能【。 ／ ｌ 作者就近年来这两类措施 ” 提高 ＣＣ复合材料抗氧化性 的研究进行综述 。 ／
反应熔渗法制备耐烧蚀陶瓷改性C
第51卷第11期2020年11月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.11Nov.2020反应熔渗法制备耐烧蚀陶瓷改性C/C 复合材料的研究进展侯旭初1,2，郝振华1,2，舒永春1,2，何季麟1,2(1.郑州大学河南省资源与材料工业技术研究院，河南郑州，450001；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州，450001)摘要：根据熔渗体系组成分类介绍RMI 改性C/C 复合材料的研究进展，探讨影响RMI 改性C/C 复合材料的因素和过程强化手段，最后提出RMI 改性C/C 复合材料亟待解决的主要问题和相应的解决思路，并对RMI 改性C/C 复合材料未来的发展趋势进行展望。
研究结果表明：基体改性技术中反应熔渗是提升C/C 复合材料耐烧蚀性能的有效手段，多元素熔渗体系如Si-Mo-Zr 和Zr-Si-Al 等改性C/C 复合材料具有耐烧蚀性能优良、陶瓷相分布均匀、致密度高等特点。
应通过不断调节多元素熔渗体系及熔渗元素比例对RMI 工艺进行优化，用低成本高性能的C/C 复合材料改性技术来突破RMI 工艺产业化的限制。
关键词：C/C-陶瓷复合材料；反应熔渗法；基体改性；耐烧蚀性能中图分类号：TB332文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）11-3032-12Research progress on preparation of ablative ceramic modifiedC/C composites by reactive infiltrationHOU Xuchu 1,2,HAO Zhenhua 1,2,SHU Yongchun 1,2,HE Jilin 1,2(1.Henan Province Industrial Technology Research Institute of Resources and Materials,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;2.School of Materials Science and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)Abstract:The recent development of the RMI process was introduced according to composition of infiltrant system.The main process parameters affecting RMI were discussed as well as process enhancement of RMI.The summary of unsettled issues was put forward,and the potential future directions in RMI was suggested.The results show that in the matrix modification technology,reactive infiltration is an effective means to improve the ablation resistance of C/C composites.The multi-element infiltration systems such as Si-Mo-Zr,Zr-Si-Al and other modified C/C composite materials have the characteristics of excellent ablation resistance,uniform ceramic phaseDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.11.004收稿日期：2020−06−20；修回日期：2020−09−14基金项目(Foundation item)：中国博士后基金面上资助项目(2020M672270)；国家自然科学基金资助项目(51804277)；中国工程科技发展战略河南研究院重大咨询项目(201903ZDA01)；郑州市协同创新重大专项(XKZDJC201903)(Project (2020M672270)supported by Postdoctoral Research Foundation of China;Project(51804277)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(201903ZDA01)supported by Henan Research Institute of China Engineering Science and Technology Development Strategy;Project(XKZDJC201903)supported by Zhengzhou Collaborative Innovation Major Project)通信作者：郝振华，博士，副教授，硕士生导师，从事陶瓷材料和陶瓷基复合材料研究；E-mail:**************.cn第11期侯旭初，等：反应熔渗法制备耐烧蚀陶瓷改性C/C复合材料的研究进展distribution,and high density.RMI process should be optimized by continuously adjusting the multi-element infiltration system and the proportion of infiltration elements,so as to break through the industrialization limit of RMI process with low-cost and high-performance C/C composite modification technology.Key words:C/C-ceramic composite;reactive melt infiltration;matrix modification;ablation resistanceC/C复合材料因具有低密度、高热导率、低热膨胀系数以及良好的高温力学性能等优点而广泛应用于飞机刹车片、高铁刹车片、火箭发动机喷管、高速飞行器的鼻锥端和翼前缘部分以及再入弹头等部件[1−4]。
CC复合材料烧蚀形貌测量及烧蚀机理分析
C/C复合材料烧蚀形貌测量及烧蚀机理分析俞继军1 马志强1 姜贵庆1 童秉纲2(1 北京空气动力学研究所,北京 100074)(2 中国科学院研究生院,北京 100039)文 摘 对C/C复合材料试件的表面细观烧蚀进行了常压下的亚、超声速和高压下的亚音速烧蚀形貌的测量;根据测量结果,分析了C/C复合材料在上述情况下的质量损失规律。
结果表明:C/C复合材料在亚音速流场的条件下,z向纤维束首先发生剥蚀,当压力升高时,碳布会发生层间剥蚀的现象;而在超音速条件下,碳布更容易发生剥蚀的现象。
关键词 C/C复合材料,烧蚀,机械剥蚀Pattern Surface Measure and Ablation Analysis for C/C C om posite MaterialY u Jijun1 Ma Zhiqiang1 Jiang G uiqing1 T ong Binggang2(1 Beijing Institute of Aerodynamics,Beijing 100074)(2 G raduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039)Abstract Different microstructures of ablated surfaces,including those under normal pressure and subs onic or su2 pers onic flow field and those under high pressure and subs onic flow field,are measured for the sam ples of C/C com posite materials.Based on experimental results,mass loss rules under corresponding conditions are given.The results dem on2 strate that under the subs onic flow fields there firstly exists mechanical erosion of fibers in z direction and with the pres2 sure higher laminated carbon cloth will be peeled between the layers,but under supers onic flow fields,the carbon cloth will be eroded m ore easily.K ey w ords C/C com posite material,Ablation,Mechanical erosion1 引言在航天器再入的过程中,C/C复合材料会受到空间的高焓、高压、高热流恶劣条件,在材料自身各组成相的烧蚀不同步的情况下,材料的表面会形成一定的细观烧蚀形貌[1,2]。
C／C复合材料Ta2O5-TaC／SiC抗氧化抗烧蚀涂层研究
的 Ｔ ２ ５ ａ ／ｉ ａ０ ・ Ｃ Ｓ Ｔ Ｃ复合涂层 结构致密 ，该 复合涂层有效提 高了 Ｃ Ｃ复合材料 的抗氧化 和抗烧蚀性能 ；Ｔ２ ５ ａ／ｉ ／ ａＯ 一 ＣＳ Ｔ Ｃ复合涂 层
在 １ ０ 静态空气 环境下可对 Ｃ Ｃ复合材料有效 保护 １０ｈ ０ｏ ５ Ｃ ／ ０ 以上 ；涂层 试样在氧 乙炔烧蚀 环境 中烧蚀 ６ 表明涂层可将 Ｃ Ｃ ０Ｓ ／
复合材料 的线烧 蚀率降低 ４ ．７ ，质量烧蚀率 降低 ２ ．０ 。 ７０ ％ ９ ２％ 关 键 词 ：Ｃ Ｃ复合材料 ； Ｖ ．ｉ涂 层 ；Ｔ， ＴＣ涂层 ；抗氧化 ；抗烧蚀 ／ Ｃ ＤＳＣ ａＯ 一ａ
中图分类 号 ：Ｔ ３ Ｂ３
文献标 识码 ：Ａ
文章编 号 ：１７ ６ ４—３ ６ （ ０ １ １ — ０ １ ５ ９ ２ ２ １ ） １ ０ ０ —０
ｏ ｉ ａｉ ｎ ｉ ｔｔｃ ａｒａｍｏ ｐ ｅ ｅ ａ ０ Ｃ ｏ ｅ Ｏ ｈ ｘ ｄ ｔ ｎ ｓａｉ ｉ ｔ ｓ ｈ ｒ ｔ１５ ０ ｏ ｖ ｒ １ Ｏ ．Ｔ ｅｌ ｅ ｒａ ｄ ｍａ ｓａ ｌ ｔ ｅ ｒｔ ｓｏ ｏ ｔ ｄ ｓ ｅ ｉ ｎ ｏ ｌ ｅ ｏ ｈ ｉ ａ ｎ ｓ ｂ ａｉ ａ ｅ ｆｃ ａ ｅ ｐ ｃｍｅ ｓ ｃ ｕｄ ｂ ｎ ｖ ｒｄ ｃ ｄ ｂ ７ ０ ｅ ｕ ｅ ｙ ４ ． ７％ ａ ｄ ２ ． ０ ｎ ９ ２ ％ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｙ ａ ｅ ｎ ｏ ｙ ｃ ｔｌｎ ｂ ａｉｎ ｔｓ ｒ６ ．ｉ ｄ ｃ ｔ ｇ ｔａ ａ Ｏ ． ａ ／ ｉ ｅ ｐ ｃｉ ｌ ｆ ｒ ｘ ａ ｅ ｙｅ ｅ ａ ｌｔ ｅ ｔｆ ０ Ｓ ｎ ｉ ａｉ ｈ ｔ ， Ｔ Ｃ Ｓ Ｃ ｖ ｔ ａ ｏ ｏ ｎ Ｔ ｍｕｔ ａ ｅ ｏ ｔ ｇ ｃ ｕ ｄ ｅｆ ｃｉｅ ｙ ｉ ｒ ｖ ｈ ｎ ｉ ｂ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆＣ Ｃ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ｌ ｌ ｙ ｒｃ ａｉ ｏ ｌ ｆ ｔ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｌ ｔ ｒ ｐ ｒ ｏ ／ ｏ ｏ ｉ ． ｉ ｎ ｅ ｖ — ｏ ｙ ｅ
C复合材料的研究的开题报告
利用溶胶-凝胶法制备耐烧蚀C/C复合材料的研究的
开题报告
一、选题背景及意义
耐烧蚀C/C复合材料是一种具有高温、高性能、高强度、高韧性和
超强耐蚀性能的复合材料，在航空、火箭、高速列车、石化等领域具有
广泛的应用前景。
溶胶-凝胶法是一种制备多孔陶瓷和复合材料的有效途径。
因此，利用溶胶-凝胶法制备耐烧蚀C/C复合材料的研究具有重要的
理论价值和实际应用意义。
二、研究内容
1. 制备过程优化：调整溶胶-凝胶法的制备条件，探究最佳的制备参数，如溶胶浓度、凝胶时间、热处理温度等，从而优化制备过程，提高
耐烧蚀C/C复合材料的制备效果。
2. 材料性能测试：对制备的耐烧蚀C/C复合材料进行性能测试，如
耐腐蚀性能、热稳定性、力学性能等，评估其综合性能，为进一步应用
提供可靠的理论基础。
三、研究方法
1. 溶胶-凝胶法制备
2. 扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征方法
3. 热重分析(TG)、差热分析(DSC)等热性能测试方法
4. 强度、硬度、韧性等力学性能测试方法
四、论文结构
1. 绪论：研究背景、研究意义、国内外研究现状、研究内容及方法、论文结构。
2. 溶胶-凝胶法制备耐烧蚀C/C复合材料的实验流程和方法。
3. 耐烧蚀C/C复合材料的组织和性能测试，并对制备过程和材料性
能进行分析和探讨。
4. 结论：总结本论文的研究内容和成果，指出研究限制和不足之处，并对下一步研究提出建议。
参考文献：列出本论文参考的相关文献。
碳碳复合材料的研究进展
碳碳复合材料的研究进展材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。
C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。
由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。
C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。
由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。
到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。
自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。
80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。
近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。
碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。
1、碳/碳复合材料的制备工艺1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。
如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。
超高温陶瓷改性C／SiC复合材料的研究进展
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｈ ｔ ａ ｈｉｈ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｅ Ｕｌｒ － ｇ ｍ ｒ ｔ ｒ
Ｃ ｒｍｉ Ｍｏ ｉｅ ／ ｉ ｏ ｏｉ ｓ ｅａ ｃ ｄｆ ｄＣ ＳＣＣ ｍｐ ｓ ｅ ｉ ｔ
Ｆ ＡＮ ａ ｇ ｏ Ｑｉｎ ｕ ，ＨＡＯ ｈｂａ ，ＹＡＮ ｉ ｓ ｅ ｇ ＨＡＮＧ ａ ｇ Ｚ ｉｉｏ Ｌ ａ ｈ ｎ ，Ｚ ｎ Ｑｉｎ
毅等Ｂ， 采用浆料浸渗 ３ Ｔ５ ｚ Ｄ的针刺预制体， 结合化学气相浸 渗Ｓ ｉ Ｃ工艺制备出高体积分数 Ｔ Ｃ的 ３ ／ ｉ－ ａ ａ ＤＣ Ｓ Ｔ Ｃ复合材 Ｃ
料 ，ａ Ｔ Ｃ的分 布很 均匀 。超高 温烧蚀 后形 成 的 Ｔ Ｃ和 Ｔ ２ ａ ａ ０ 的 固液 混合 物能对 烧蚀 面进 行有 效包 覆 ， 助 于提 高 烧蚀 性 有
化 和抗 烧蚀 性能 。
４ 结 语
超高 温复 合 材 料 制备 技 术 已成 为 国 内外 的研 究 重 点 。 目前 ， 国外 已取得 较 大 进展 ， 中一 些材 料 已通 过 发 动 机 考 其
核并得到了应用， 如美 国 Ｎ Ａ制备的 Ｃ Ｓ －ｒ。 ＡＳ ／ ｉ ＺＢ 复合 材 ｃ
碳纤维具有高比强度 、 高比模量和优异的高温稳定性等
樊乾 国： ， ８ 年 生， 男 １ ５ ９ 硕士研究生 ， 主要从事碳碳 复合 材料 和碳 陶复合材料的研究 Ｅｍ ｉｆｎｉ ｇ ｏ６＠ １３ｃｍ － ａ ： ｑ ｎｕ１８ ６．ｏ ｌａ ａ
超 高温 陶瓷 改性 ｃ ｓｃ复合材 料 的研 究进展 ／ ／ｉ 樊乾 国等
超 高温 、 抗烧蚀甚 至零 烧蚀 的复合材料。概述 了应用 于航天领域 的高温热 结构 复合材料 Ｃ ＳＣ和超 高温 陶瓷材 料的 ／ｉ
W-SiC-CC 复合材料制备及等离子烧蚀性能
第51卷第2期表面技术2022年2月SURFACE TECHNOLOGY·249·W-SiC-C/C复合材料制备及等离子烧蚀性能王富强1，陈建1，张智2，谢栋2，崔红2（1.西安工业大学 材料与化工学院，西安 710021；2.西安航天复合材料研究所，西安 710025）摘要：目的提高C/C复合材料在超高温下的抗烧蚀性能。
方法采用化学气相沉积法，在C/C复合材料表面制备SiC过渡层，然后以惰性气体保护等离子喷涂工艺在带有SiC过渡层的C/C材料表面制备W涂层，研究所制备的W-SiC-C/C复合材料的微观形貌与结构特征。
以200 kW超大功率等离子焰流，考核W-SiC-C/C 材料的抗烧蚀性能，并与无涂层防护的C/C材料进行对比分析。
结果W涂层主要为层状的柱状晶结构。
W 涂层与SiC过渡层、过渡层与基体界面呈镶嵌结构，结合良好。
SiC过渡层阻止了W、C元素相互迁移与反应。
在驻点压力为4.5 MPa、温度约5000 K、热流密度为36 MW/m2的烧蚀条件下，当烧蚀时间小于10 s 时，涂层对C/C材料起到了较好的保护作用，W涂层发生氧化烧蚀，基体未发现烧蚀，平均线烧蚀率为0.0523 mm/s；当烧蚀时间超过15 s后，涂层防护作用基本失效，基体C/C材料发生烧蚀现象。
结论以W涂层、SiC过渡层为防护的C/C复合材料，能够适用于短时间超高温的烧蚀环境，如固体火箭发动机等。
W 涂层的熔融吸热、氧化耗氧以及SiC过渡层的氧化熔融缓解涂层热应力和氧扩散阻碍的联合作用，提高了C/C材料的抗烧蚀性能。
关键词：W涂层；SiC过渡层；C/C复合材料；等离子喷涂；烧蚀性能；等离子体中图分类号：TG174；TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2022)02-0249-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2022.02.024Preparation and Plasma Flame Ablation Resistance ofW-SiC-C/C CompositesWANG Fu-qiang1, CHEN Jian1, ZHANG Zhi2, XIE Dong2, CUI Hong2(1. School of Materials Sciense and Chemical Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710021, China;2. Xi'an Aerospace Composites Institute, Xi'an 710025, China)ABSTRACT: This paper aims to improve the ablation resistance of C/C composites at ultra-high temperatures. SiC transition layer was prepared on the surface of C/C composite material by a chemical vapor deposition method, then Tungsten coating was prepared on SiC coated C/C composites by inert gas protecting atmospheric plasma spraying. In this paper, the morphology and composition of the W-SiC-C/C composites were studied, and the ablation resistance of the W-SiC-C/C materials was evaluated by a 200 kW ultra-high-power plasma flame, which was compared and analyzed with C/C materials for coating protection.收稿日期：2021-03-08；修订日期：2021-06-28Received：2021-03-08；Revised：2021-06-28基金项目：国家自然科学基金（51671150）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51671150)作者简介：王富强（1981—），男，博士研究生，高级工程师，主要研究方向为C/C材料应用。
掺杂改性C_C复合材料研究进展
第30卷第11期2011年11月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.30No.11Nov.2011特约专栏收稿日期:2011－09－24通信作者:崔红，女，1969年生，研究员，博士生导师掺杂改性C /C 复合材料研究进展崔红，闫联生，刘勇琼，张强，孟祥利(西安航天复合材料研究所，陕西西安710025)摘要:陶瓷掺杂改性碳/碳(C /C )复合材料在保持C /C 复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下，显著提高了C /C 复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能，且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势，是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。
综述了国内外在SiC 陶瓷掺杂改性C /C 复合材料，ZrC ，ZrB 2超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料以及TaC ，HfC 超高温陶瓷掺杂改性C /C 复合材料等方面的最新研究进展和应用情况，并分析了陶瓷掺杂改性C /C 复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。
关键词:高温材料;C /C 复合材料;掺杂改性;抗氧化中图分类号:TB333文献标识码:A 文章编号:1674－3962(2011)11－0013－05Advances on Ceramic Hybird ModifiedCarbon /Carbon CompositesCUI Hong ，YAN Liansheng ，LIU Yongqiong ，ZHANG Qiang ，MENG Xiangli(Xi'an Aerospace Composite Material Institute ，Xi'an 710025，China )Abstract :Being the ideal candidate material for thermal protection parts in supersonic flight and the high performancerocket engine ，carbon /carbon composites modified by ceramic hybrid have good oxidation and ablation resistance ，design-ability ，good thermal shock resistance as well as the inherent unique comprehensive properties ，such as excellent mechani-cal properties and dimensional stability at high temperature．The present status of research and application of carbon /car-bon composites modified by the SiC ceramics and ZrC ，ZrB 2，TaC ，HfC ultrahigh temperature ceramics were summarized．The existing problems and the potential development direction on the investigation of the ceramic hybrid modification C /C composites were also proposed．Key words :high temperature materials ;carbon /carbon composites ;hybird modification ;anti-oxidation1前言碳/碳(C /C )复合材料即碳纤维增强碳基体复合材料，是一种特别具有性能可设计性和抗热震性的先进复合材料，它以优异抗烧蚀性能、高比强度、高比模量、及高温下极好的力学性能和尺寸稳定性等一系列突出的特点，特别适合于需要材料具有较高物理性能和化学稳定性的高温环境下使用，已成功地在航空航天领域得到广泛应用，如航天器鼻锥、机翼前缘、固体火箭发动机(SRM )喉衬及扩张段和飞机刹车片等，C /C 复合材料是应航空航天领域的需要而开发的最成功的材料之一［1－2］。
碳碳复合材料研究报告
碳碳复合材料研究报告碳碳复合材料研究报告摘要：碳碳复合材料是一种高性能的材料，具有高强度、高模量、高温耐性、抗氧化、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
本研究主要探讨了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
制备方法：碳碳复合材料的制备方法主要包括预浸料法、化学气相渗透法、热解反应法等。
其中预浸料法是最为常见的方法，其具体操作流程为：将碳化纤维浸渍于热解树脂中，干燥后在高温下处理，形成固态碳化体。
经多次重复处理后，形成高性能的碳碳复合材料。
性能测试：碳碳复合材料的主要性能指标包括强度、模量、断裂伸长率等。
通过拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验等方法进行测试。
实验结果表明，碳碳复合材料具有较高的强度和模量，断裂伸长率较低。
应用情况：碳碳复合材料被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。
例如，在航空领域，碳碳复合材料可应用于制造飞机发动机叶轮、蒸汽涡轮、航空煤油轨道车的制动器、飞行器气动制动器等。
在汽车工业领域，碳碳复合材料可用于汽车刹车、转向系统等。
未来发展：随着科技的不断进步，碳碳复合材料的应用将会越来越广泛。
未来，碳碳复合材料的发展方向主要包括提高性能、降低成本、拓展新应用领域等方面。
同时，加强碳碳复合材料与其他材料的组合应用，推动碳碳复合材料的进一步发展与应用。
结论：碳碳复合材料是一种高性能、高强度的材料，具有广泛的应用前景。
本文介绍了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。
石墨表面耐烧蚀抗氧化复合涂层制备及性能研究
石墨表面耐烧蚀抗氧化复合涂层制备及性能研究随着航空航天技术的发展,飞行器的服役环境日趋恶劣,对高性能的热障涂层提出了越来越高的要求。
碳基材料,如C/C复合材料、石墨等,具有轻质、高强、高模量、良好的高温稳定性和抗热震性能,在航空航天领域存在着广泛的应用。
但是碳基材料在500oC以上氧化环境中就会发生氧化,而涂层技术是改善碳基材料抗氧化性能的有效方法。
超高温材料是指在超高温环境下（>2000oC）以及反应气氛（原子氧环境、等离子体等）中能够保持物理、化学稳定性的一类特殊材料。
ZrB<sub>2</sub>–SiC基超高温陶瓷材料具有良好的高温强度、抗氧化和抗烧蚀等综合性能,是目前在超高温陶瓷材料体系中得到最广泛研究的体系。
由于传统碳基材料和ZrB<sub>2</sub>–SiC基超高温材料均存在其特有的优缺点,若能在碳基材料表面制备ZrB<sub>2</sub>–SiC陶瓷涂层,结合基体碳材料轻质、抗热震性能好、高强高模量和ZrB<sub>2</sub>–SiC基陶瓷材料抗氧化抗烧蚀性能好的优点,则能够解决基体抗氧化抗烧蚀性能差和ZrB<sub>2</sub>–SiC基陶瓷抗热震性能差、脆性大的问题,获得同时具有良好抗热震、抗氧化、抗烧蚀、轻质等特点的材料。
在碳基材料表面制备含ZrB<sub>2</sub>涂层体系过程中,传统方法往往将ZrB<sub>2</sub>以颗粒或粉体的形式直接加入,这导致涂层结构不致密、ZrB<sub>2</sub>颗粒与基体和其它组元间结合差,影响涂层性能。
通过原位合成ZrB<sub>2</sub>有利于提高涂层的性能,因此首先需要解决ZrB<sub>2</sub>原位合成的问题。
CC复合材料烧蚀性能分析
度时, 碳纤维与基体的强度几乎没有差别, 由纤维的 赫数的再入体表面, 由于热流 q 过大, 并且是短时间
高温性能推测, 超过某一温度时, 碳的晶体转变无定 内的, 所以, 其表面的烧蚀机理主要是热应力引起的
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4 机械剥蚀的求解
实际上, C C 复合材料在加热到 2800 K 以上 时, 不可避免地存在着各种不同形式的缺陷 (如气 孔、裂纹等) , 正是由于这些缺陷的客观存在, 使它在 高温、高压下还没有达到材料破坏的极限情况下, 而 发生剥蚀现象, 这需要断裂力学来解释热力耦合作 用情况下的机械剥蚀; 超高温表面层的材料性能具 有某种梯度分布形式, 这是因为温度不均匀的缘故, 可以通过热力学求解出应力分布, 再由断裂力学中 的 J 积分来判断超高温表面层的剥蚀。 超高温表面层的热力耦合本构方程、边界条件-mαE = NhomakorabeaΑE
ME
2ΠRδT
K pe , E = C 1～ C 5 (4)
其中:
lgK pe=
a+
T
b (K
)
,
ΑE
,
a,
b
可由文献
[
4
]提
供,M E 为分子量。
在升华扩散控制区, 碳的升华烧蚀率由流场决
定[5 ]。
- mα= Αc (0) B
(5)
其中: B 为传质系数, Αc (0) 为流场影响因子。
Abstract: T he advan tage and the ab lation m echan ism of C C com po sites are dem on strated. A phys2 ical m odel of m echan ical2ab lation is estab lished m ain ly in term s of bo th the therm oelasticity m echan ics and fractu re m echan ics. T hen, the influence of environm en t and the appearance and d isappearance of su rface roughness are d iscu ssed. T he m echan ical ab lation and therm o2chem ical ab lation of C C com 2 po sites are analyzed. A ll these m ake som e helpfu l d iscu ssion fo r therm al p ro tection m aterials. Key words: C C com po sites; ab lation m echan ism ; physical m odel
cc复合材料的氧化烧蚀与应用
I. 研究重点在于设计致密化工艺来控制C/C复合材料中基 体炭的结构、材料密度和石墨化度，进而获得优越的抗 烧蚀性能
II. 基体改性方面：需解决材料内部存在孔隙和微裂纹问题， 在C/C复合材料加入超高温陶瓷时易出现分布不均匀问 题
III. 抗烧蚀涂层方面：涂层与C/C复合材料的界面相容性、 热膨胀匹配性、涂层高温稳定尚未彻底解决
三向3D增强C/C复合材料整体性好，具有较好的各向同性
相关研究表明：相同致密化工艺与烧蚀条件下，4D编织预制体作增 强体C/C复合材料比4D预制体增强C/C复合材料的烧蚀性能好，且 预制体中炭纤维束越粗，抗烧蚀性能越好
3.2 热解炭织构对C/C复合材料烧蚀性能影 响：
C/C复合材料的致密化工艺主要为化学气相渗透（CVI）和液相 浸渍工艺。
优点：在大气环境内可以制备较致密涂层、沉积效率高成本低、涂层 比较均匀，厚度可以控制 缺点：涂层气孔率较高，涂层与基体界面咬合弱，在高温循环时易剥 落与开裂
通过实验采用等离子喷涂法在C/C复合材料SiC内涂层的表面制作 TaC抗烧蚀涂层，ZrC抗烧蚀涂层以及MoSi2基复合涂层。在1900℃ 具有良好的抗烧蚀性能。
报告人：
一．研究背景 二．抗烧蚀性能评估 三．耐高温抗烧蚀C/C复合材料的制备方法 四．总结与展望
C/C复合材料是一种在航空、航天及核工业等高技术领域的 热端构件中具有广阔发展前景的耐高温结构材料。
火箭喉衬喷管：以2000℃/s速度骤然升温，且固体颗粒或 Al2O3液滴产生高燃速气流的剧烈冲刷和化学腐蚀 战略导弹：鼻锥驻点温度达到7000K易严重烧蚀，若出现不 对称烧蚀易影响飞行稳定性 超音速飞行器：发动机罩进气室、机翼引擎以及鼻锥部分温 度一般为2000~2400℃高温；超燃冲压发动机长时间处于高温、 大热流等极端恶劣环境下
国内C／C复合材料基体改性研究进展
Ｄ ｏ ｅ ｔｃ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｃ ｓ ｆＭ ａ ｒ ｘ Ｍ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｏ ｍ ｓｉ ｓ ａ ｃ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔ ｉ ｄｆ ａｉｎ ｆｒ ｉ
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（ ／ ｏ ｐ ｓ ｅ ｅ ｅ ｒｈＣ ｎｅ ， ｏｔｗ ｓ ｒ ｏｙ ｅ ｎ ａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｘ ’ ｎ ７ ０ ７ ，Ｃ ｉ ） Ｃ Ｃ Ｃ ｍ ｏｉ ｓＲ ｓａｃ ｅ ｔ Ｎ ｒ ｅ ｔ ｎ Ｐ ｌｔ ｈ ｉ ｌ ｎ ｒｉ ， ｉ ａ １ ０ ２ ｈｎ ｔ ｒ ｈ ｅ ｅ ｃ ｖ ｔ ａ
优 良等特点 ，是 提高 Ｃ Ｃ复合材料高温抗氧化抗烧 蚀的理想基体改性 材料 ，并提 出了 Ｃ Ｃ复合材 料基体改性研究 中存 在 的问 ／ ／
题和今后潜在 的发展方 向。
关 键 词 ：碳／ 复合 材料 ；基体改性 ；烧蚀 碳
中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｂ ３
文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１７ ３ ６ （ ０ １ １ ０ ０ ０ ６ ４— ９ ２ ２ １ ） １— ０ ６— ７
ｆ ｃｉ ｅ ｍｅｈ ｄ ｆ ｒｐ ｏ ｅ ｔ ｇ Ｃ Ｃ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ａ ａ ｎ ｔｏ ｉ ａ ｉｎ ａ ｄ ａ ｌ ｔ ｎ ａ ｉｈ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ． Ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ｔｉ ｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｒ ｔ ｃｉ ／ ｏ ｏ ｉ ｇ ｉ ｓ ｘ ｄ ｔ ｎ ｂ ａｉ ｔｈ ｇ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｖ ｎ ｅ ｏ ｏ ｈ ｔ ｏ ｓ ｆ ｒｍａ ｒ ｘ ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ．ｉｃ ｕ ｉ ｇ ｃ ｅ ｃ ｌｖ ｐ ｒｉ ｆ ｒ ｔ ｎ．ｐ ｅ ｕ ｓ ｒｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｐ ｒ ｌｓｓ ｅ ｃ ｉｅ ｍｅｔｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｅ ｃ ｌ ｄ ｆ ａｉ ｉ ｏ ｎ ｌｄ ｎ ｈ ｍｉａ ａ ｏ ｎ ｈ ａ ｉ ｉ ｏ ｒ ｃ ｒｏ ｎ ｈ ａｉ ｙ ｏｙ ｉ ．ｒａ ｔ ｌ ｎ ｈ ａｉ ｎ ｈ ｍｉ ａ ｉ ｏ ｖ ｉ ｏ ｖ ｐ ｒｒ ａ ｔ ｎ ａ ｏ ｅ ｃｉ ．ｗ ｒ ｎｒ ｄ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｔｔ ｓ ｏ ｅ ｅａ ｄｆ ａ ｉｎ ｍａｅ ａ ｓ ｎ ｌ ｄ ｎ ｉ ｏ ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｓ ｕ ｆｓ ｖ ｒ１ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｔ ｒ ｌ ，ｉ ｃｕ ｉｇ Ｓ Ｃ，Ｚ Ｃ，Ｔａ ａ ｉ ｏ ｉ ｒ Ｃ，Ｈｆ Ｃ， Ｚ Ｂ ．Ｗ Ｃ ａ ｄ Ｃ ｒ， ｎ ｕ．ｗｅ ｅ ｒ ｖｅ ｅ ． Ｒｅｒ ｃｏ ｙ ｃ ｒ ｉｅ ｒｂ ｒｄ ｓ ｕ ｈ ａ Ｃ，Ｚ Ｃ，Ｔａ ｒ ｅ ｉｗ ｄ ｆａ ｔｒ ａ ｂ ｄ ｓ ｏ ｏ ｉ ｅ ，ｓ ｃ ｓＨｆ ｒ Ｃ，Ｈｍ ，ａ ｄ Ｚｒ ，ｃ ａ ａ ｔｒ ｎ Ｂ ｈ ｒ ｃｅ — ｉｅ ｙ ｈ ｇ ｌ ｎ ｏｎ ，ｅ ｃ ｌ ｎ ｔｂ ｌ ｙ ａ ｄ ａ ｌｔ ｎ ｒ ｓｓ ｎ ｅ ａ ｉｈ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ，ａ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｃ ａ ｄ ｄ ｔ ｓ ｆｒ ｚ ｄ ｂ ｉ ｈ ｍｅｔ ｇ ｐ ｉ ｔ ｘ ｅｌ ｔｓａ ｉ ｔ ｎ ｂ ａｉ ｅ ｉｔ ｃ ｔｈ ｇ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｒ ｈ ｅｆ ｔｃ ｎ ｉ ａｅ ｉ ｅ ｉ ｏ ａ ｅ ｏ ｍｏ ｉ ｉｇ Ｃ Ｃ ｃ ｍｐ ｓｔｓ Ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｔｎ ｉｌ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｉ ｃｉｎ ｏ ｈ ｎ ｅ ｔ ａｉ ｎ ｏ ｔｉ ｄ ｆ ｎ ／ ｏ ｏ ｉ ． ｈ ｒ ｓ ｎ ｒ ｂ ｅ ｎ ｈ ｏｅ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｄ ｒ ｔ ｎ ｔ ｅ ｉ ｖ ｓｉ ｔ ｆｍａｒ ｙ ｅ ａ ｅ ｏ ｇ ｏ ｘ
CC复合材料(1)优秀文档
9.1 概述
碳/碳复合材料是由各种碳纤维或各种碳织物增强碳,或 石墨化的树脂碳(或沥青)以及化学气相沉积(CVD)碳 所形成的复合材料。
C/C复合材料且质量小、刚性好，并且是极耐高温的 材料，其强度随温度升高而增加，在2500℃达到最大 值，同时它有良好的抗烧蚀性能和抗热震性能，是宇 航中非常重要的材料，例如作为导弹的鼻锥体。C/C 复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使 其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。但是 C/C复合材料不能在氧化性气氛中耐受高温，因此关 于C/C复合材料的抗氧化研究是一个重点内容。
基体材料分为热解碳与浸渍碳两种，热解碳主要是甲 烷、乙烷、丙烷和乙烯以及低分子芳烃等组成，经高 温裂解生成碳，浸渍碳是树脂或沥青经碳化或石墨化 制得。
沥青浸渍碳通常于低压或常压下残余碳，因而产碳率 较低，但易于石墨化，最终生成的石墨为各向同性的， 其电阻率低，热导性好，模量高。
树脂浸渍碳是经高温生成的，通常产碳率较高，但难 以石墨化，且电阻率高，热导率差，最终生成的石墨 为各向异性的。
热解碳原料来源9.2 C/C复合材料的制备
成型方法很多，其工艺过程大致归纳为以下几种 C/C复合材料还具有优异的耐摩擦性能和高的热导率，使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到应用。
方法： C性基脂成2C成碳成基脂沥模碳沥模成树成2树C性成碳C性 成C性沥模C性 成基脂C成沥模C成成但但树C性成成C性//////////C能体或型型纤型体或青量纤青量型脂型脂能型纤能型能青量能型体或型青量型型是是脂能型型能CCCCCCCCCCC复复 复 复 复 复 复 复 复 复//和 材 沥 方 方 维 方 材 沥 浸 高 维 浸 高 方 浸 方 浸 和 方 维 和方 和 浸 高 和方 材 沥 方 浸 高 方 方 CC浸 和 方 方 和CC合 合合合合合合合合合//复复CC抗料青法法成法料青渍。成渍。法渍法渍抗法成抗 法抗渍。抗 法料青法渍。法法渍抗法法抗复复材 材材材材材材材材材合合热分经很很型很分经碳型碳很碳很碳热很型热 很热碳热 很分经很碳很很碳热很很热合 合料 料料料料料料料料料材材震为碳多多物多为碳通物通多是多是震多物震 多震通震 多为碳多通多多是震多多震且 还且且且且且还材材且且料料碳碳碳性热化，，（，热化常（常，经，经性，（性 ，性常性 ，热化，常，，经性，，性纤质 具质质质质质具料料质质的的能解或其其碳其解或于碳于其高其高能其碳能 其能于能 其解或其于其其高能其其能纤布纤量 有量量量量量有不不量量制制，碳石工工毡工碳石低毡低工温工温，工毡， 工，低， 工碳石工低工工温，工工，维小 优小小小小小优能能小小备备维、维是与墨艺艺、艺与墨压、压艺生艺生是艺、是 艺是压是 艺与墨艺压艺艺生是艺艺是与、 异、、、、、异在在、、宇浸化过过碳过浸化或碳或过成过成宇过碳宇过宇或宇过浸化过或过过成宇过过宇成碳多刚 的刚刚刚刚刚的氧氧刚刚航渍制程程布程渍制常布常程的程的航程布航 程航常航 程渍制程常程程的航程程航树性 耐性性性性性耐化化性性型纤向中碳得大大、大碳得压、压大，大，中大、中 大中压中 大碳得大压大大，中大大中脂好 摩好好好好好摩性性好好非两。致致碳致两。下碳下致通致通非致碳非 致非下非 致两。致下致致通非致致非物维编， 擦，，，，，擦气气，，常种归归纤归种残纤残归常归常常归纤常 归常残常 归种归残归归常常归归常预并 性并并并并并性氛氛并并（缠织重，纳纳维纳，余维余纳产纳产重纳维重 纳重余重 纳，纳余纳纳产重纳纳重浸且 能且且且且且能中中且且要热为为缠为热碳缠碳为碳为碳要为缠要 为要碳要 为热为碳为为碳要为为要碳绕物是 和是是是是是和耐耐是是的解以以绕以解，绕，以率以率的以绕的 以的，的 以解以，以以率的以以的料极 高极极极极极高受受极极毡、）材碳下下、下碳因、因下较下较材下、材 下材因材 下碳下因下下较材下下材耐 的耐耐耐耐耐的高高耐耐料主几几碳几主而碳而几高几高料几碳料 几料而料 几主几而几几高料几几料、高 热高高高高高热温温高高，要种种纤种要产纤产种，种，，种纤， 种，产， 种要种产种种，，种种，温导 温 温 温 温 温 导 ， ， 温 温例是方方维方是碳维碳方但方但例方维例 方例碳例 方是方碳方方但例方方例的 率的的的的的率因因的的如甲法法多法甲率多率法难法难如法多如 法如率如 法甲法率法法难如法法如材 ，材材材材材，此此材材作烷：：向：烷较向较：以：以作：向作 ：作较作 ：烷：较：：以作：：作料 使料料料料料使关关料料为、编、低编低石石为编为 为低为 、低石为为树， 其，，，，，其于于，，导乙织乙，织，墨墨导织导 导，导 乙，墨导导脂其 在其其其其其在其其CC弹烷物烷但物但化化弹物弹 弹但弹 烷但化弹弹热//强 飞强强强强强飞强强CC的、）、易）易，，的）的 的易的 、易，的的或复复压度 机度度度度度机度度鼻丙丙于于且且鼻鼻 鼻于鼻 丙于且鼻鼻合合沥随 、随随随随随、随随锥烷烷石石电电锥锥 锥石锥 烷石电锥锥制材材温 汽温温温温温汽温温体和和墨墨阻阻体体 体墨体 和墨阻体体青料料坯度 车度度度度度车度度。乙乙化化率率。。 。化。 乙化率。。的的浸升 刹升升升升升刹升升烯烯，，高高，烯，高抗抗高 车高高高高高车高高以以最最，，最以最，渍氧氧而 片而而而而而片而而及及终终热热终及终热化化增 和增增增增增和增增低低生生导导生低生导研研加 轴加加加加加轴加加分分成成率率成分成率究究， 承，，，，，承，，子子的的差差的子的差是是在 等在在在在在等在在芳芳石石，，石芳石，一一方方22222222烃烃墨墨最最墨烃墨最55555555个个面面00000000等等为为终终为等为终00000000重重得得碳℃ ℃℃℃℃℃℃℃组组各各生生各组各生点点到到达 达达达达达达达成 成 向 向 成 成 向 成 向化内内应应到 到到到到到到到，，同同的的同，同的容容用用最 最最最最最最最经经性性石石性经性石。。。。大 大大大大大大大高高的的墨墨的高的墨值 值值值值值值值温温，，为为，温，为， ，，，，，，，裂裂其其各各其裂其各同 同同同同同同同解解电电向向电解电向时 时时时时时时时生生阻阻异异阻生阻异CC它 它它它它它它它成成率率性性率成率性V/有 有有有有有有有碳碳低低的的低碳低的CD良 良良良良良良良，，，，。。，，。复渗好 好好好好好好好浸浸热热热浸热合透的 的的的的的的的渍渍导导导渍导抗 抗抗抗抗抗抗抗碳碳性性性碳性材烧 烧烧烧烧烧烧烧是是好好好是好料蚀 蚀蚀蚀蚀蚀蚀蚀树树，，，树，
掺杂改性C／C复合材料研究进展
第 １ 期 １
中 国 材 料 进 展
ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ １ １３ ． １ ＮＯ ． ０ １ Ｖ ２ １
２１ ０ １年 １ １月
掺 杂 改 性 Ｃ Ｃ复 合 材 料 研 究 进 展 ／
崔 红 ，闫联 生 ，刘 勇琼 ，张 强 ，孟祥 利
和新 一代高性 能发动机热 防护部 件的理想候选 材料 。综述 了国内外 在 Ｓ ｉ Ｃ陶瓷掺 杂改性 Ｃ Ｃ复合 材料 ，ＺＣ， ｒ２ 高温 陶 ／ ｒ ＺＢ 超 瓷掺 杂改性 Ｃ Ｃ复合材料 以及 Ｔ Ｃ ｆ ／ ａ ，Ｈ Ｃ超高温陶瓷掺杂 改性 Ｃ Ｃ复合材料 等方面 的最新研 究进展 和应用情 况 ，并分 析 了陶 ／
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文章编号：1007-8827（2015）02-0097-09抗烧蚀C/C复合材料研究进展付前刚，张佳平，李贺军（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072）摘要：C/C复合材料因优异的高温性能被认为是高温结构件的理想材料。
然而，C/C复合材料在高温高速粒子冲刷环境下的氧化烧蚀问题严重制约其应用。
因此，如何提高C/C复合材料的抗烧蚀性能显得尤为重要。
笔者综述C/C复合材料抗烧蚀的研究现状。
目前，提高C/C复合材料抗烧蚀性能的途径主要集中于优化炭纤维预制体结构、控制热解炭织构、基体中陶瓷掺杂改性和表面涂覆抗烧蚀涂层等4种方法。
主要介绍以上4种方法的研究现状，重点介绍基体改性和抗烧蚀涂层的最新研究进展。
其中，涂层和基体改性是提高C/C复合材料抗烧蚀性能的两种有效方法。
未来C/C复合材料抗烧蚀研究的潜在方向主要集中于降低制造成本、控制热解炭织构、优化掺杂的陶瓷相以及将基体改性和涂层技术相结合。
关键词：C/C复合材料；抗烧蚀；炭纤维预制体；热解炭织构；基体改性；涂层中图分类号：TQ342+．76文献标识码：A收稿日期：2014-10-10；修回日期：2015-03-18基金项目：国家自然科学基金（51221001，51222207）；“111”计划（B08040）；凝固技术国家重点实验室开放课题（12-BZ-2014）．通讯作者：付前刚，教授．E-mail：fuqiangang@nwpu．edu．cnAdvances in the ablation resistance of C/C compositesFU Qian-gang，ZHANG Jia-ping，LI He-jun（State Key Laboratory of Solidification Processing，Northwestern Polytechnical University，Xi’an710072，China）Abstract：Carbon/carbon（C/C）composites are considered the most promising materials for high-temperature structural applica-tions owing to their excellent properties at high temperature．However，oxidation and ablation limits their applications in oxygen-containing environments at ultrahigh temperatures and high-speed gas flows．How to improve oxidation and ablation resistance of the C/C composites has become a critical issue．The methods for improving oxidation and ablation resistance of the C/C composites are reviewed，which mainly focus on optimizing the carbon fiber weave structure，controlling the pyrolytic carbon texture，modifying the matrix，and coating with anti-ablative ceramic layers．Matrix modification and coating technology have been proved to be the two effective ways of dealing with the problem．Development directions on producing oxidation and ablation resistive C/C compos-ites are concentrated on decreasing preparation cost，controlling pyrolytic carbon texture，optimizing compositions of the doped ce-ramics used in the matrix and the coating layer，and combining matrix modification with an anti-ablation coating．Keywords：C/C composites；Ablation resistance；Carbon fiber weave structure；Pyrolytic carbon texture；Matrix modification；CoatingFoundation item：National Natural Science Foundation of China（51221001，51222207）；Program of Introducing Talents of Disci-pline to Universities，China（111Project）（B08040）；Ｒesearch Fund of the State Key Laboratory of Solidifica-tion Processing（NWPU），China（12-BZ-2014）．Corresponding author：FU Qian-gang，Professor．E-mail：fuqiangang@nwpu．edu．cn1前言C/C复合材料具有低比重、高比强、高比模、低热膨胀系数、耐热冲击等一系列优异性能，作为火箭喉衬喷管及空天飞行器热防护系统具有其它材料难以比拟的优势［1-3］。
由于C/C复合材料是由炭基体与增强炭纤维组成，炭在高温下容易氧化。
研究发现，C/C复合材料在400ħ以上就会迅速氧化，导致各种性能明显下降［4］。
C/C复合材料的易氧化特性严重制约了其在航空航天与军事领域的深入应用。
而且，随着发动机性能的不断提升，C/C复合材料的工作环境也变得愈加恶劣。
除了要求承受和传递的各种静态、动态载荷外，还要承受推进剂燃烧产生的高温、高压、高速且含有大量凝聚相颗粒燃气流的烧蚀和冲刷，这对C/C复合材料的性能提出了极其苛刻的要求［5］。
近年来，我国航空航天领域的快速发展，对耐高温抗烧蚀C/C复合材料提出迫切需求，解决C/C复合材料的高温氧化烧蚀问题显得第30卷第2期2015年4月新型炭材料NEW CAＲBON MATEＲIALSVol．30No．2Apr．2015尤为重要烧蚀性能。
目前，提高C/C复合材料的主要途径包括炭纤维预制体结构优化、热解炭织构控制、在基体中掺杂陶瓷相改性，以及在C/C复合材料表面涂覆抗烧蚀涂层。
笔者综述C/C复合材料抗烧蚀领域的最新研究进展，同时对未来研究重点进行了展望。
2抗烧蚀C/C复合材料2．1预制体结构与热解炭织构2．1．1预制体结构对C/C复合材料烧蚀性能的影响预制体结构影响C/C复合材料的断裂机制和致密化过程，进而影响材料的抗烧蚀性能。
C/C复合材料预制体通常有炭布叠层、针刺炭毡、三向或多向炭纤维编织物等形式。
单向（1D）增强可在一个方向上得到最高拉伸强度的复合材料；双向（2D）增强C/C复合材料的层间结合力弱，层间剪切性能较差，机械和物理性能呈各向异性；三向（3D）增强C/C复合材料的整体性好，具有较好的各向同性。
因此，为了得到整体结构性能良好，可靠性高的航空航天部件，多采用结构性能优异的三维编织体作为C/C复合材料的增强体。
此外，根据C/C复合材料服役环境的要求，还可选用4D、5D、6D、7D甚至11D或更多维数的坯体结构及短纤维模压坯体。
研究表明［6，7］，相同致密化工艺和烧蚀条件下，用4 D编织预制体作增强体制得的C/C复合材料比4D 预制体增强C/C复合材料的烧蚀性能好，且预制体中炭纤维束越粗，抗烧蚀性能越好。
Kumar等［8］采用4D编织C/C复合材料，并测试了其在10MW/m2电弧加热器下烧蚀性能。
结果表明，烧蚀60s后，复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为113．105·s－1和0．06024mm·s－1。
笔者课题组曹翠微等［9］采用轴棒法编织三维四向炭纤维预制体，经高压沥青浸渍炭化致密化工艺制得高密度4D C/C复合材料。
测试结果表明，材料轴向具有较优异的抗烧蚀性能。
经120s氧乙炔烧蚀测试后，试样的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为2．04ˑ10－3g·s－1和3．92ˑ10－3mm·s－1。
2．1．2热解炭织构对C/C复合材料烧蚀性能的影响C/C复合材料的致密化工艺主要为化学气相渗透（CVI）和液相浸渍工艺。
其中，CVI工艺制备的基体炭（热解炭）可划分为三种基本类型，即粗糙层状结构（ＲL）、光滑层状结构（SL）及各向同性（ISO）结构。
液相浸渍工艺制备的基体炭包括树脂炭和沥青炭两种，采用的树脂或沥青的种类以及采取何种制备工艺，对C/C复合材料结构和性能均有很大的影响。
另外，还可以综合利用这两种工艺制备混合基体炭结构。
尹健等［10］研究表明，热解炭片层结构的取向度对C/C复合材料的烧蚀性能有显著的影响：具有粗糙层结构的C/C复合材料石墨化度高，不同炭结构之间结合好，线烧蚀率和质量烧蚀率较小，烧蚀性能较好；具有光滑层结构的C/C 复合材料石墨化度低，烧蚀性能较差。
冉宏星［11］、Cho［12］等研究发现，在编织体结构相同的条件下，热解炭-树脂炭混合炭基体C/C材料的抗烧蚀性能优于热解炭基体C/C材料，树脂炭基C/C材料抗烧蚀性能最差。
另外，笔者所在课题组的研究表明［13，14］，材料的密度和石墨化度对材料的热解炭织构和抗烧蚀性能也有很大影响。
高温热处理后，材料的石墨化度显著提高，高织构热解炭在受力时，裂纹易于在层间扩展和偏转，可有效提高材料的韧性。
因此，可以通过设计致密化工艺来控制C/C复合材料中基体炭的结构、材料的密度和石墨化度，从而获得优异的抗烧蚀性能。
2．2基体改性技术基体改性法是指在C/C复合材料的基体中加入抑制剂或抗烧蚀组元，在高温下隔离炭材料表面活性点，提高氧化起始温度，还可以形成玻璃状覆盖层阻止氧气向基体内部扩散，同时提高材料表面的抗冲刷能力，从而有效提高材料的耐烧蚀性能。
常用的抑制剂或抗烧蚀组元包括SiC、ZrC、ZrB2、TaC、HfC和HfB2等难熔金属碳化物和硼化物超高温陶瓷。