温压固化结合CVI增密制备石墨基复合材料的微观结构与性能

张洋，李国栋，韩前武，姜毅，王洋

(中南大学 轻质高强结构材料国家重点实验室，长沙 410083)

应用于导弹鼻锥体、固体火箭发动机喷管等的材料，由于工作环境苛刻，要求其密度低、热导率高、耐烧蚀，并具有优异的力学性能[1−3]。传统的热管理材料已无法满足轻质、高强、散热的要求。石墨基复合材料的质量轻、热膨胀系数低，并具有良好的导热导电性能、抗热震性能和热稳定性，是极具应用前景的热管理材料[4−8]。然而，目前石墨基复合材料仍存在一些问题，如石墨的表面惰性较强，在烧结过程中与黏结剂的界面结合力差，导致材料的力学性能较差，不能满足一些需要考虑材料强度的热管理场合的应用要求[9−12]。同时由于制备石墨基复合材料的传统工艺是将焦炭与煤沥青混合成形，再进行多次浸渍与焙烧，存在成本高和制备的材料出现石墨掉屑等问题[13]。研究表明，将陶瓷组元掺杂到炭基体中可显著提高石墨基复合材料的强度，但由于陶瓷与石墨基体的密度差异较大，很难在基体中分布均匀[14−15]。此外，将沥青基炭纤维掺杂到石墨基体中，可改善材料的力学性能，但由于沥青基炭纤维的制造工艺复杂，限制了其广泛应用[16−18]。近年来，有人在C/C复合材料块体表面沉积PyC(pyrolytic carbon，热解炭)，有效提高了材料整体的力学性能。对C/C复合材料进行化学气相渗透(chemical vapor infiltration，CVI)，可在炭基体内部与表面形成致密均匀的热解炭涂层，涂层与基体结合牢固、成分易控，且粗糙层PyC的可石墨化度高，故材料的导热性能较好[19−21]。……