C/C復合材料是指以炭纖維或其織物為增強相，以化學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構。C/C復合材料是一種新型高性能結構、功能復合材料，具有高強度、高模量、高斷裂韌性、高導熱、和低密度等多個優異特性，在許多重要領域，包括航天、航空和國防領域中得到廣泛應用。C/C 復合材料高溫下仍具有高強度、高模量、良好的斷裂韌性和耐磨性能，是理想的高溫工程結構材料，但其抗氧化性能差，在370℃以上氧化環境中就會發生氧化。提高其高溫抗氧化性能是拓寬該材料應用前景的關鍵。

提高C/C復合材料高溫抗氧化性能

　　采用陶瓷材料對 C/C 復合材料進行改性，可提高 C/C 復合材料的抗氧化性能，陶瓷改性后的 C/C復合材料的抗氧化溫度主要由改性陶瓷材料自身的熔點及其氧化物的熔點決定。SiC、ZrC、ZrB2、HfC、HfB2等陶瓷的熔點高、密度低，是 C/C 復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發展面臨的超高溫抗氧化熱防護技術難點，在高超聲速飛行器大型復雜熱防護構件上顯示出廣闊應用前景。

　　一、SiC 陶瓷基體改性復合材料。

　　由于 SiC 與 C/C 復合材料的熱脹系數較為匹配，故成為 C/C 復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基玻璃質層，可有效保護碳纖維不被氧化。SiC 陶瓷基體的制備技術成熟，原材料來源廣泛、成本低，因而得到了廣泛應用。

　　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碳陶熱防護系統陶瓷瓦樣件，在風洞試驗中樣件的最大試驗溫度達到 2700℃;航天運載器飛行試驗中回收艙成功再入大氣層，樣件表面溫度約達到 2200℃，未發生任何明顯問題。

　　二、超高溫陶瓷基體改性 C/C復合材料

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

　　為滿足國內超燃沖壓發動機燃燒室2500 K 耐高溫抗氧化使用要求，西安航天復合材料研究所進行了ZrC、ZrB2超高溫陶瓷基體改性抗氧化 C/C 復合材料研究。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于二元陶瓷體系(ZrB2-SiC)。具體表現為質量燒蝕率呈現數量級降低;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。
 

責任編輯：田雙

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