应用于航天领域的C /C 复合材料
来源：互联网时间：2015-06-02点击量：616
C/C复合材料是指以炭纤维或其织物为增强相，以热解炭或液相浸渍-炭化的树脂炭、沥青炭为基体所组成的一种纯炭多相结构。C /C 复合材料具有耐高温（是目前唯一能在2200℃以上保持高温强度的工程材料），低密度（密度为1.65～2.0g/cm3，仅为钢的四分之一），摩擦性能、抗热震性能、耐烧蚀性能均优良等一系列优异性能，在航天领域得到越来越广泛的应用，已经用作导弹和火箭的烧蚀材料和热结构材料，如洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘等。为了拓宽其在航天领域的应用前景，在制备技术上必须注意以下一些方面。
一、抗氧化。
通常采用在C /C 复合材料表面涂覆SiC 材料达到抗氧化的目的，其他涂层材料有陶瓷或者陶瓷和碳的混合物、TiB2、硅胶和金属间化合物的混合物、SiC 和MoSi 的混合物、硼化硅和金属硅化物。C/C复合材料涂层技术分为单涂层、双涂层和三涂层技术。目前采用较多的双涂层材料主要是指在C /C 复合材料表面涂覆玻璃，之后再涂覆难熔金属层，达到双重抗氧化的作用。
二、耐高温。
法国宇航公司所制备的一种碳纤维增强的复合材料能够经受1800℃以上的高温，可用作航天飞机的隔热层。其制备方法为: 将离散碳纤维浸入黏塑性的液体，如聚乙二醇、丙三醇、石油油料，制成悬浮液，浇铸预制体，纤维定向，焙制预制体，沉积高温裂解碳。这种复合材料具有焦炭基体、离散碳纤维以及高温裂解碳，该焦炭基体像多孔薄膜状结构涂覆在碳纤维上。美国奥尔巴尼公司制备了一种具有良好防氧化功能的硅基树脂碳纤维复合材料，用于保护经受高温载荷的航天飞行器表面。纤维基底由层压在一起的纺织或无纺纤维层组成，或者通过三维纺织工艺形成。
三、致密化。
美国联合公司使用固体可流动颗粒状聚合物作为压力介质，制造高强度C /C 复合材料。2003 年一项美国专利公开了热压成型法制备C /C 复合材料的方法，复合材料由含碳纤维 ( 如中间相或各向同性沥青纤维) 和合适的基质材料 ( 如研磨沥青) 组成的混合物，经过电阻加热同时被压制而形成，能够在不足10 min内将一种处理组分浸渍到复合材料中。采用沥青或其他碳质材料充填复合材料中的空洞，再焙烤一个或多个渗入循环，就可获得密度为1.6～1.8 g/cm3或更高的C /C 复合材料，制备时间大大缩短。
四、防裂解。
日本住友公司研发了具有梯度碳化物涂层的碳纤维增强复合材料。C /C复合材料涂层的表层是SiC，底层是碳或者陶瓷，中间层选自TiC、ZrC 或者HfC 的一种，呈连续或者梯度变化。这种涂层可以用传统的气相沉积方法或者物理气相沉积方法制备。涂层表层热胀系数大于底层，且从表层到底层热胀系数呈渐变分布。这样，当遇到高温时，表层不会断裂，热循环导致的热应力能够降低，C /C 复合材料的抗氧化性和抗热冲击能力都得到改善。（