张光喜,吴小军,刘明强,陈意高,张倩玮,侯 晓

(1.西北工业大学,西安 710072;2.西安航天复合材料研究所,西安 710025;3.中国航天科技集团有限公司,北京 100048)

0 引言

C/C-SiC复合材料具有耐高温、低密度、高比强度和比模量抗氧化、耐烧蚀等一系列优点,且SiC基体在高温下氧化为致密的SiO2阻氧层,可有效提升复合材料的抗氧化能力,故被广泛应用于航天飞行器的外防热系统及冲压发动机的燃烧室等[1-3]。C/C-SiC复合材料的制备方法主要有化学气相渗透(CVI)、先驱体浸渍裂解(PIP)和反应熔渗(RMI)等。相比CVI和PIP工艺,RMI是通过高温熔融Si与碳基体原位反应制备C/C-SiC复合材料,具有制备周期短[4-5]、工艺简单、成本低等优势,因而被认为是一种极具工业化应用前景的C/C-SiC复合材料制备技术。

国外基于RMI工艺制备的C/C-SiC复合材料,已用于X-43A、X-37B、HyFly等高超声速飞行器的头锥、襟翼及超燃冲压发动机燃烧室等热端部件[6-7]。国内中南大学、西北工业大学、上海硅酸盐研究所、西安航天复合材料研究所等对RMI法C/C-SiC复合材料工艺与性能开展了大量研究[8-9],研究重点也从Si熔渗反应机理、工艺调控、性能优化等逐步转向了工程化应用研究,如中南大学将RMI法C/C-SiC复合材料应用于制动摩擦及战略装备领域。但是,Si熔体在渗入多孔C/C复合材料内部及生成SiC过程中,会造成碳纤维的损伤,残留的游离Si相也会导致材料性能的下降。因此,RMI工艺中微结构与残留Si的控制仍是C/C-SiC复合材料应用亟待解决的问题。

研究表明[10],调控C/C多孔碳基体的孔隙结构、碳基体类型等对液Si熔渗动力、组织结构及材料性能的影响较大。……