高密度C/C復(fù)合材料由碳纖維增強(qiáng)和石墨碳基體組成，是應(yīng)用于超高溫環(huán)境的重要結(jié)構(gòu)材料。這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、優(yōu)異的熱特性和顯著的抗燒蝕性。在空間再入飛行器的鼻蓋、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、高超聲速飛行器的尖銳前緣等苛刻的氣動(dòng)加熱環(huán)境中，高密度C/C復(fù)合材料能夠起到至關(guān)重要的作用。然而，傳統(tǒng)的制造方法依賴于瀝青前驅(qū)體和熱等靜壓浸漬碳化(HIPIC)技術(shù)，耗時(shí)且昂貴，嚴(yán)重依賴于昂貴的熱等靜壓設(shè)備。因此，對(duì)基體碳源前驅(qū)體和新型制備工藝的探索將是保障大范圍工程化應(yīng)用的主要基礎(chǔ)。

我們注意到，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張幸紅教授團(tuán)隊(duì)前期在《Advanced Material》期刊報(bào)道了以葡萄糖為前驅(qū)體的高性能C/C復(fù)合材料的制備技術(shù)。最近，該團(tuán)隊(duì)再次通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝探索創(chuàng)新，在《Journal of Material Science & Technology》期刊以“Polyarylacetylene as a Novel Graphitizable Precursor for Fabricating High-Density C/C Composite via Ultra-High Pressure Impregnation and Carbonization”為題，報(bào)告了一種利用聚芳基乙炔(PAA)樹(shù)脂和超高壓浸漬和碳化(UHPIC)技術(shù)制備高性能C/C復(fù)合材料的新方法。文章表明，PAA樹(shù)脂具有極高的炭收率(85 wt.%)、UHPIC技術(shù)具有極高的各向同性壓力(超過(guò)200 MPa)，共同促進(jìn)了C/C復(fù)合材料的致密化。該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高密度(1.90 g/cm³)的、高石墨化程度(81%)C/C復(fù)合材料的高效制備。該復(fù)合材料表現(xiàn)出令人印象深刻的性能，包括146 MPa的抗彎強(qiáng)度，187 MPa的抗壓強(qiáng)度和147 W/(m?K)的室溫導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)C/C復(fù)合材料暴露在3000 K的氧乙炔火焰中100 s時(shí)，它表現(xiàn)出最小的線性燒蝕，速率為1.27×10^-2 mm/s。本研究證明了PAA樹(shù)脂不同于傳統(tǒng)的樹(shù)脂材料，具有特殊的石墨化特性。該文章報(bào)道的短周期和低成本的方法在航空航天應(yīng)用中具有重要的前景。

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https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.09.044

圖11300°C和3000°C熱處理的PAA樹(shù)脂的形貌和晶體特性。1300℃熱處理的SEM (a)，HR-TEM (b)，SAED (c)；3000℃熱處理的SEM (d-f)，TEM (g)，HR-TEM (h)和SAED (i)；以及碳材料的XRD曲線(j)和拉曼位移(k)

圖2PAA樹(shù)脂及碳化產(chǎn)物的FT-IR (a)， XPS (b-d)和分子動(dòng)力學(xué)模擬(e)。其中，C-1300°C和C-3000°C表示在1300°C和3000℃熱處理?xiàng)l件下的碳材料

圖3PAA樹(shù)脂的TG-DSC-MS (a)、宏觀照片(b)、SEM (c- e)、HR-TEM (f-h)、XRD (i)和高密度C/C復(fù)合材料的Raman-mapping(j)

圖4 C/C復(fù)合材料在1300℃和2800℃下的抗彎強(qiáng)度(a)和抗壓強(qiáng)度(b)。基于密度（c）和熱處理溫度（d）的抗彎強(qiáng)度與以往研究的比較

圖5 C/C復(fù)合材料性能測(cè)試后的SEM圖像。(a-f)在1300℃下制備的非石墨化C/C復(fù)合材料的裂紋，(g-l)在2800℃下制備的石墨化C/C復(fù)合材料的裂紋

圖6高密度C/C復(fù)合材料的耐燒蝕性能分析。（a）溫度變化，（b）線性燒蝕率比較，（c-h）SEM圖像和（i）耐燒蝕機(jī)理闡釋

該研究證明了PAA樹(shù)脂作為生產(chǎn)高密度C/C復(fù)合材料的創(chuàng)新碳前驅(qū)體的卓越能力。PAA樹(shù)脂的有效利用和UHPIC技術(shù)的創(chuàng)新拓寬了高密度C/C復(fù)合材料的制備途徑，為該材料在航空航天工業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供了一條有潛力的技術(shù)方案。此外，PAA樹(shù)脂的應(yīng)用潛力應(yīng)超出C/C復(fù)合材料的領(lǐng)域。預(yù)計(jì)該研究將為高結(jié)晶度的多維石墨材料的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。PAA樹(shù)脂材料有潛力用于制備多種材料，包括用于熱管理目的的高導(dǎo)熱碳纖維和碳膜，以及用于隔熱系統(tǒng)的具有優(yōu)越機(jī)械性能的碳泡沫。UHPIC技術(shù)由于能夠?qū)崿F(xiàn)微納米孔的完全浸漬，為合成各種低孔隙率無(wú)機(jī)復(fù)合材料提供了一種高效且經(jīng)濟(jì)可行的方法。

總之，本研究強(qiáng)調(diào)了PAA樹(shù)脂作為碳前驅(qū)體的顯著特性和適應(yīng)性，以及UHPIC技術(shù)在制備高密度C/C復(fù)合材料中的優(yōu)勢(shì)。這些發(fā)現(xiàn)為碳基材料的進(jìn)步及其在航空航天、熱管理和隔熱系統(tǒng)等不同領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了重要的見(jiàn)解。