高温氧化及颗粒冲蚀对C/C-SiC复合材料使用性能的影响

王玲玲,王坤杰,张小龙,闫联生,姚 熹

（1.西安航天复合材料研究所,西安 710025；2.高性能碳纤维制造及应用国家地方联合工程研究中心,西安 710089；3.空军装备部驻西安地区第八军事代表室,西安 710000）

C/C-SiC 复合材料具有耐高温、高比强、高比模、抗烧蚀和耐氧化等优异性能，同时又避免了陶瓷材料脆性大、可靠性差等缺点，是继C/C 复合材料后又一新型轻质化热防护和热结构材料，以其优异的性能在亚燃和超燃冲压发动机燃烧系统、航天飞机热防护系统、火箭发动机喷管和航空发动机热端部件等领域有广泛的应用前景[1-4]。

材料的抗烧蚀性能是评价和衡量航空航天领域热防护和热结构材料的重要指标，也是进行结构设计的关键参数，抗烧蚀性能将极大地影响结构部件的工作效能及其使用寿命。C/C-SiC 复合材料的烧蚀是非常复杂的过程[5-8]，涉及热化学反应、力学冲刷和机械剥蚀、涂层的抗氧化性能、裂纹和空隙的形成及其影响、生成物的保护作用（如SiO2膜）等众多问题，研究十分困难[9-12]。

评价材料抗烧蚀性能的实验方法主要有氧-乙炔焰烧蚀[13-16]、等离子体风洞、电弧风洞，试验发动机等。目前，实验研究还主要针对静态和低速条件下材料的烧蚀，这种状态考核时烧蚀机理主要是热化学烧蚀（即SiC的氧化）、热物理烧蚀和气流冲刷作用[17-19]。在实际应用的环境中，C/C-SiC 复合材料不仅需经受高温、高速火焰的烧蚀，而且还可能存在高速颗粒对材料的冲蚀[20]。李江等[21]针对机械剥蚀对绝热层烧蚀影响搭建了实验台，为研究冲蚀速度、颗粒浓度和冲蚀角度对绝热层烧蚀的相关规律，对C 基绝热材料开展冲蚀烧蚀实验，实验结果表明：冲蚀速度是影响绝热层烧蚀的最主要的因素。……