溫度對溶劑熱改性C/C復合材料顯微結構和氧化性能的影響

朱 佳， 黃劍鋒， 曹麗云， 王雅琴， 吳建鵬， 弭 群， 王妮娜

（陜西科技大學教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，西安 710021）

碳纖維增強碳復合材料（C/C復合材料）具有低密度、高比強、高比模、低熱膨脹系數、耐熱沖擊、耐燒蝕、耐含固體微粒燃氣的沖刷等一系列優異性能，是目前極少數可在2273 K以上保持較高力學性能的材料之一［1］。研究表明，C/C復合材料在643 K的有氧環境中就開始氧化，當其氧化失重率為1%時，強度大約損失10%［2］，且隨著溫度升高，氧化速率加快，限制了其在高溫領域的應用［3～5］。因此，C/C復合材料的抗氧化研究是目前的關鍵問題。

大量研究表明，表面涂層［6］和基體改性［7］是改善C/C復合材料抗氧化的有效途徑。基體改性技術克服了涂層在低溫下與基體熱膨脹系數不匹配而產生微裂紋［8］的缺點，從而實現對C/C復合材料全溫度段的抗氧化保護。基體改性的方法主要有固相添加劑法［9］和液相浸漬法［10，11］等。固相添加劑法雖然可以提高C/C復合材料在較高溫度的抗氧化性能，但是添加劑的加入量太少對抗氧化性能的提高不明顯，加入量太多則又會降低材料的強度;而液相法則能在提高C/C基體抗氧化性能的同時，對材料的力學強度影響較小［11］，因此，液相法是一種有效地改性C/C復合材料基體的方法。Lu Wei-Ming［10］等人采用液相浸漬法對C/C基體進行了抗氧化改性，取得了一定的效果;Cao Li-yun［7］等人在磷酸液相體系的基礎上，添加 Al2O3對C/C基體進行抗氧化改性，生成的Al（PO3）3對C/C基體的抗氧化效果有進一步改善，但是高溫下Al（PO3）3會轉變為AlPO4和氣態P2O5而導致C/C復合材料的抗氧化效果降低。……