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1、制造技术研究2012年4月第2期基于碳/碳化硅复合材料的研究与应用1，22翟海涛张正义（1.国防科技大学航天学院航天与材料工程学院，长沙410073；2.湖北航天技术研究院总体设计所，武汉430040）摘要：对采用碳化硅作为基体，碳纤维编织体作为复合增强材料的碳/碳化硅复合材料的性能进行了研究与验证。结果表明，该复合材料在常温下，弯曲强度大于350MPa，拉伸强度为190MPa，具有较好的抗氧化性。静力学环境下，产品的安全系数可达到3.7；固体发动机尾焰烧蚀条件下，质量损失率3％；电弧风洞烧蚀环境中，质量损失率0.3％，几乎零烧蚀。关键词：碳纤维；碳化硅；复合材料StudyandA

2、pplicationofC/SiCCompositeMaterial1，22ZhaiHaitaoZhangZhengyi（1.CollegeofAerospaceandMaterialsEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073;2.TheGraduateSchoolofHubeiAerospaceTechnologyAcademe,Wuhan430040）Abstract：PropertiesofC/SiCcompositematerialwhichusingSiCasmatrixandcarb

3、onfiberknittingasstrengthenarestudiedandverified.Theresultsshowthat,atnormaltemperature,thebendingstrengthismorethan350MPa,thetensilestrengthis190MPa,andithasgoodoxidationresistance.Instaticenvironment,thesafetycoefficientoftheproductcanreach3.7;insolidrocketmotorexhaustplumeablation,masslossr

4、ateis3%;inelectricarcwindtunnelerosionenvironment,masslossrateis0.3%,almostzeroablation.Keywords：carbonfiber；SiC；compositematerial1引言b.抗氧化性好，在1650℃富氧环境下可长时间反复使用；航天领域内耐高温、耐烧蚀材料的发展方向仍以c.硬度高，断裂韧性高；质量轻、高可靠性、简单工艺为主线。虽然石英纤维d.热膨胀系数小，抗热震性能优异。−树脂部件具有工艺简单、技术成熟、成本低廉等优根据碳纤维编织体成形方式的差异，C/SiC复合点，但材料本身性能低、比重大

5、，其用途十分有限。材料的编织体可分为2D编织体、2.5D编织体和3D编[3]碳纤维−树脂具有低比重、耐高温等优点，但在富氧织体等种类。其中3D编织体的力学性能最优。三维[1]环境下工作时间短。碳/碳化硅（C/SiC）复合材料编织体是一种新型的网状结构，采用一次编织成型，主要以碳纤维编织体为增强体、碳化硅为基体，与传纤维贯穿长、宽、高三个方向形成三维整体网状结统热结构材料相比，不仅具有比重低、耐高温、耐冲构。因此，从根本上解决了传统复合材料沿厚度方[2]刷、可重复使用；材料的强度、模量、热物理性能向的刚度和强度较低、面内剪切和层间剪切强度较都可设计等特点外；还具有如下优点：低、易分层

6、且冲击韧性和损伤容限水平都较低等问[4，5]a.高温性能好，在1700℃以下强度基本不下降；题。本文中的编织体，纤维是连续交织的纤维束作者简介：翟海涛（1973-），高级工程师，机械制造工艺与设备专业；研究方向：结构设计与优化。收稿日期：2012-03-2842制造技术研究航天制造技术网络，X、Y、Z三个方向的强度可以设计。对于型面响碳纤维氧化的主要因素是温度、表面气流速度和碳复杂的异形、各向性能要求较高的零件，采用三向正纤维表面形态结构。因此，为提高碳纤维的抗氧化性交能够较好地满足不同方向的强度要求，同时能够增能，碳纤维要采取一些抗氧化处理措施。主要处理方[8～10]加层间剪切强

7、度。法：在碳纤维表面采用物理或化学的方法涂覆一作为C/SiC复合材料基体的SiC，其性能与成型层异相涂层，如碳化硅、碳化钛、或高分子聚合物；方式有关。根据文献[6，7]的研究分析，采用PIP（有通过对碳纤维进行高温热处理，改变碳纤维表面晶粒机先驱体转化法）工艺，材料的力学性能最低；采用结构，使碳纤维石墨化，提高碳纤维导热率，降低表CVI（化学气相渗透）工艺，材料的力学性能居中；面温度从而提高抗氧化性能。采用CVI+PIP混合工艺，材料的力学性能最高。综合高温条件下，C