张雨雷, 付艳芹, 付前刚, 宋 强

（西北工业大学 炭/炭复合材料工程技术研究中心，西安 710072）

C/C复合材料是以碳纤维为增强体的碳基复合材料，具有低密度（< 2.0 g/cm3）、高比强度、高比模量、高导热、良好的抗高温性能及摩擦磨损性能等，尤其在高温环境下C/C复合材料的强度具有随温度的升高不降反升的特性，作为一种新型的超高温热防护结构材料，广泛应用于航空、航天、军事和民用等领域[1-3]。

随着新一代高超声速飞行器、航空发动机的快速发展及其服役环境的复杂化，高强的薄壁、尖锐复杂构件的需求对C/C复合材料的结构和性能的要求愈加苛刻。对于2D预制体增强的C/C复合材料，其Z向的抗拉、层内方向抗压和层间抗剪等性能很不理想，单一叠层的层内强度也明显不足。这是由于在宏观尺度上层内碳基体受碳纤维强化，但在纳米级尺度上，这种强化远未达到理想效果。在层内碳纤维束间、纤维束内单根碳纤维间，碳基体也未受到有效强化。在Z向增加短纤维针刺或引入长纤维穿刺，能够加强层与层之间的交互联系。然而受限于碳纤维的微米尺寸特征，Z向穿刺无法在亚微米尺度上有效补强基体[4-5]，尤其对层状复合材料薄壁、尖角锐形和复杂整体件而言，穿刺的作用更弱甚至会破坏层内结构的连续性，降低层内抗拉和抗弯强度[6-7]。

C/C复合材料性能的提高很大程度上取决于基体向纤维的载荷传递形式，然而，由于碳纤维表面的化学惰性，使负载从弱基体向强纤维的传递减弱，因此，提高碳纤维与碳基体之间的界面强度至关重要。为了解决这些问题，将具有超高强度、延展性、纳米尺度、高温稳定性和长径比大的一维纳米材料，如碳纳米管（CNTs）和碳化硅纳米线（SiCNWs）、碳化铪纳米线（HfCNWs）等纳米材料引入C/C复合材料中，构建多尺度纳米管/线-碳纤维预制体，对层间、层内碳纤维及其束间、编织空隙等多部位碳基体进行补强[8-11]，能够有效实现复合材料在宏观和细观尺度上的强韧化。……