超高温陶瓷改性碳/碳复合材料

解齐颖，张 祎，朱 阳，崔 红

西安航天复合材料研究所，西安 710025

碳/碳(C/C)复合材料因优异的高温力学性能、良好的耐磨性和抗热震性能、较低的密度、灵活的可设计性等众多优点在航空航天领域具备很大的优势与潜能，自1958年诞生后得以迅速发展，被广泛应用于航空航天飞行器的零部件[1-4]。然而，C/C复合材料大约在370 ℃就会开始氧化并且氧化速率随温度升高急速增长，这严重限制了它的高温应用[5-6]。为提高C/C复合材料在2000 ℃以上的抗氧化、耐烧蚀性能，常将超高温陶瓷(ultra-high temperature ceramics，UHTCs)引入C/C复合材料对其进行基体改性。UHTCs是一类熔点高于3000 ℃的高温材料，主要是过渡族金属(如Zr,Hf,Ta等)的难熔碳化物、硼化物、氮化物[7]。从电子结构来看，过渡金属与C,B,N之间的化学键兼具共价键、离子键、金属键的特性，这种强烈的键合作用赋予这些化合物高强度、高硬度以及高熔点，使之可在1650 ℃以上重复使用，在航空航天应用的极端环境下具有很大的发展潜能[8]。已有大量的研究证明超高温陶瓷基体改性C/C复合材料(C/C-UHTCs)相比于C/C复合材料，抗氧化、耐烧蚀性能有了大幅提升[9-13]。本文将从C/C-UHTCs制备工艺、结构特征、抗氧化耐烧蚀性能以及力学性能四个方面总结当前的研究进展，并对未来发展趋势作以展望。

1 C/C-UHTCs制备工艺

目前，将UHTCs引入C/C复合材料基体已有多种工艺方法可供选择。较为传统的工艺方法主要有浆料浸渍(SI)[14]、化学气相渗透/沉积(CVI/CVD)[15]、先驱体浸渍裂解(polymer infiltration and pyrolysis，PIP)[16]以及反应熔体浸渗(reactive melt infiltration，RMI)[17]。SI工艺成本较低，但颗粒容易团聚在材料表面，导致表层封孔，内部留有较多的孔隙；……