耐超高溫輕質(zhì)碳基復(fù)材制備成功

2022 年6 月9 日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)采用高壓輔助固化—常壓干燥技術(shù)，通過(guò)基體微結(jié)構(gòu)控制、纖維—基體協(xié)同收縮、原位界面反應(yīng)制備出耐超高溫隔熱—承載一體化輕質(zhì)碳基復(fù)合材料。

碳?xì)饽z(CAs) 因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和熱絕緣性，有望成為新一代先進(jìn)超高溫輕質(zhì)熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的突破性解決方案。近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)相繼發(fā)展了溶膠凝膠—水相常壓干燥、高壓輔助固化—常壓干燥2 項(xiàng)CAs 制備技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種超低密度碳—有機(jī)混雜纖維增強(qiáng)體，賦予其優(yōu)異的超彈性。該材料可實(shí)現(xiàn)高效、低成本制備，并具有低密度、低熱導(dǎo)率和高壓縮強(qiáng)度等性能。

在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)以工業(yè)酚醛樹(shù)脂為前驅(qū)體，采用高沸點(diǎn)醇類(lèi)為造孔劑并輔以高壓固化，實(shí)現(xiàn)了骨架本征強(qiáng)度的提升，同時(shí)采用與前驅(qū)體有機(jī)氣凝膠匹配性好的酚醛纖維作為增強(qiáng)體，通過(guò)纖維/基體界面原位反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了炭化過(guò)程中基體和纖維的協(xié)同收縮及纖維/ 基體界面強(qiáng)的化學(xué)結(jié)合，最終獲得了大尺寸、無(wú)裂紋的碳纖維增強(qiáng)類(lèi)CAs 復(fù)合材料。該材料密度為0.6 克/立方厘米，其壓縮強(qiáng)度及面內(nèi)剪切強(qiáng)度分別可達(dá)80 兆帕和20 兆帕，熱導(dǎo)率僅為0.32 瓦特/ 米·開(kāi)，其比壓縮強(qiáng)度高于己知文獻(xiàn)報(bào)道的氣凝膠材料和碳泡沫。該材料還具有更高的力學(xué)強(qiáng)度，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐超高溫、隔熱和承載性能。

上述隔熱—承載一體化輕質(zhì)碳基復(fù)合材料作為剛性隔熱材料己在多個(gè)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上裝機(jī)使用，為型號(hào)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。