改性C/C復合材料快速制備與抗燒蝕性能考核*

張　虹，白宏德，白書欣，葉益聰，朱利安

(國防科技大學 航天科學與工程學院， 湖南 長沙　410073)

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改性C/C復合材料快速制備與抗燒蝕性能考核*

張虹，白宏德，白書欣，葉益聰，朱利安

(國防科技大學 航天科學與工程學院， 湖南 長沙410073)

摘要：采用液相浸漬法結合反應熔滲法快速制備改性C/C復合材料，研究其微觀組織及在氧乙炔焰和高頻等離子體風洞環境中的燒蝕行為。結果表明：改性C/C復合材料主要含有HfC, ZrC, TaC等高熔點陶瓷改性相，其密度為3.83 g/cm3，開孔率僅為4.71%。氧乙炔焰燒蝕360 s后，改性C/C復合材料表面形成一層主要由HfO2, ZrO2, Ta2O5組成的致密氧化物層，材料的線燒蝕率為0.005 18 mm/s。使用高頻等離子體風洞考核改性C/C復合材料球頭模型，在熱流量3.5 MW/m2、駐點溫度2293 ℃的條件下考核180 s后，模型表面生成致密光滑的氧化物保護層，與基體結合牢固，模型形狀及尺寸無明顯改變，去掉氧化物后測得其線燒蝕率為0.001 72 mm/s。

關鍵詞：改性C/C復合材料；抗燒蝕；氧乙炔焰；高頻等離子體風洞

高超聲速飛行器在進行長時間超高聲速飛行時，由于氣動加熱使得飛行器的鼻錐、前緣等部位溫度高達2000 ℃以上，對部件材料的抗氧化燒蝕性能和力學性能提出了苛刻要求，要求構件在高溫有氧環境下能夠保持完整的氣動外形，不出現顯著燒蝕。

C/C復合材料具有低密度、高強度、高溫力學性能優異等優點，成為熱結構和熱防護的首選材料[1-3]。然而C/C復合材料在高于370℃的氧化性環境中即可發生氧化，并且隨溫度升高氧化速率快速增加[4]。若采用C/C復合材料制備高超聲速飛行器的鼻錐和前緣等構件，則在服役過程中構件將發生嚴重的氧化燒蝕，飛行器氣動外形發生明顯改變，直接會影響到飛行器飛行姿態調整、軌道控制等，導致飛行器難以完成目標任務?！?br>