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1、航天用C/C复合材料及其应用制备工艺乔淑欣(北京航天长征科技信息研究所,北京摇100076)文摇摘摇以美国航天用C/C复合材料专利申请为蓝本,研究了当前C/C复合材料及其应用中存在的技术问题、采用的技术手段,剖析了提高C/C复合材料抗氧化、耐高温、致密化、防裂解等性能的重点工艺。为进一步推动C/C复合材料在航天领域的应用提供专利情报参考。关键词摇C/C复合材料,制备工艺,抗氧化,致密化C/CCompositesandPreparationProcessinAerospaceApplicationQiao
2、Shuxin(BeijingInstituteofAerospaceLongMarchScientificandTechnicalInformation,Beijing摇100076)Abstract摇Basedonpatentapplicationsoncarbon/carbon(C/C)compositesinUnitedStates,applicationdiffi鄄cultiesandsolutionsarestudied.Keyprocessforimprovingoxidationresis
3、tance,anddensificationareanalysed.Keywords摇Carbon/carboncomposites,Preparationprocess,Anti鄄oxidation,Densification[5-6]0摇引言本文从专利文献分析的角度,分析美国的C/C复合材料具有耐高温、低密度、摩擦性能好C/C复合材料及其应用制备工艺,为克服C/C复合等一系列优异性能,在航天领域得到越来越广泛的应材料应用限制、推动技术创新提供参考。[1][7]用。美国、前苏联、日本等国对C/C的研发
4、活动非1摇技术功效分析[8]常活跃,已经用作导弹和火箭的烧蚀材料和热结构材检索获得美国C/C复合材料专利申请123件。[2-3]料。如C/C复合材料用作洲际导弹弹头的鼻锥从技术方案、所解决的技术问题等方面对专利进行标[1,4]帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。引,绘出技术功效图(图1)。图1摇美国C/C复合材料专利技术功效图Fig.1摇Patenttechnology鄄effectmatrixofc/ccomposites收稿日期:2012-09-06;修回日期:2012-09-28作者简介:乔淑欣
5、,1979年出生,工程师,主要从事航天专利情报分析和知识产权管理研究。E-mail:qiaoshx@163.com—18—宇航材料工艺摇2013年摇第2期摇摇可以看出,C/C复合材料发明创造达到的技术效本文将对美国重点专利文献技术方案进行剖析,果,即致力于解决的技术问题主要有:表面性能测试、研究归纳出C/C复合材料抗氧化、耐高温、致密化、材料表面无瑕疵、防裂解、防氢化、工序简化、减少质防裂解等工艺。量、降低成本、抗腐蚀、抗热冲击、抗氧化、耐高温、提2摇主要制备工艺高强度等。2.1摇抗氧化工艺C/C复合材
6、料发明创造采用的技术手段主要有:表1为美国C/C复合材料抗氧化工艺年度分在纤维、基体和复合材料表面涂层、纤维切割工艺、高布。目前主要采用涂层技术、对制成后C/C复合材温热处理和煅烧、浸渍剂、热压成型工艺、液体浸渍工料进行热处理、气相渗透工艺、改进纤维、基体、浸渍艺、热机械冲压、原位复合工艺、注凝成型工艺等。剂、填充剂达到抗氧化的目的。表1摇美国C/C复合材料抗氧化工艺年度分布Tab.1摇Annualdistributionofanti鄄oxidationprocessforcarbon/carbonco
7、mposites三层涂层单涂层两层涂层浸渍剂基体纤维年后处气相填充剂SiC+TiC、ZrC或陶瓷或TiB2、硅胶和SiC+金属硅玻璃+难含硼氧添加剂C纤维+代SiCSiB理沉积HfB2+CHfC+C或陶瓷陶瓷+C金属间化合物MoSi化物熔金属化树脂BC无机纤维1993119944131119951119961111997119981199912002112003112007120081摇摇涂层技术分为单涂层、双涂层和三涂层技术。单碳化硼构成的转换多孔层,碳化硼由碳基体与氧化硼涂层技术主要采用在C/C复合
8、材料表面涂覆SiC材反应生成。转换多孔层具有玻璃涂层(选取的玻璃料达到抗氧化的目的。其他的单涂层材料有陶瓷或可以是氮化硅、氮氧化硅或者其混合物),最外层为者陶瓷和碳的混合物、TiB2、硅胶和金属间化合物的难熔金属。除此之外,最外层也可以包含氮化硅、氮混合物、SiC和MoSi的混合物、硼化硅和金属硅化氧化硅或其混合物。这种涂层具有改善的低温和高物。温抗氧化性能,且在频繁的温度循环内不产生裂纹。目前采用的双涂层材料主要是指在C/C复合材美国空气
