邓海亮, 郑金煌, 曹军宁, 姚冬梅, 崔 红, 张晓虎1,, 苏 红

(1. 安徽工业大学 材料科学与工程学院,安徽 马鞍山 243002；2. 安徽工业大学 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室, 安徽 马鞍山 243002；3. 西安航天复合材料研究所, 陕西 西安 710025)

1 前言

炭/炭(C/C)复合材料因密度低、比强度高、耐烧蚀、高温力学性能优异等特性成为火箭喷管与再入空间飞行器防热系统的首选材料，其中良好的耐烧蚀性能是该材料应用的关键[1,2]。C/C复合材料的烧蚀主要涉及热化学侵蚀与机械剥蚀，即炭的氧化、升华及局部剥落。基体改性是提高材料烧蚀性能的重要途径之一，原理在于利用难熔金属化合物烧蚀高温下形成的氧化物膜减弱热化学侵蚀[2,3]。然而，基体改性往往伴随着材料力学性能的降低，即在获得较好耐热化学侵蚀的同时损害抗机械剥蚀能力[4,5]，限制了耐烧蚀性能的提升。

纳米丝状碳(NFC)拥有超高的强度，作为辅助增强相添加或生长于C/C复合材料，可以诱导粗糙层(RL)结构热解炭(PyC)的沉积、增强基体及改善纤维/基体的界面结合，进而提高材料的力学、导热与耐磨等性能[6-9]，降低机械剥蚀。催化化学气相渗透(CVI)是NFC增强C/C复合材料的重要制备技术，但该方法常用的过渡族金属催化剂及其碳化物熔点偏低，高温热处理或烧蚀高温下易析出而破坏基体的结构，无法延缓热化学侵蚀沿着界面向纤维和基体方向推进，不利于材料的耐烧蚀性能。基于稀土元素独特的物理化学性质，笔者以LaCl3为催化剂热解二甲苯快速制备出NFC增强的C/C复合材料。……