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新研究为碳/碳复合材料微观结构设计提供支撑

日期: 2022-08-22
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来源:中国科学报


近日,安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室在国际权威期刊《腐蚀科学》(Corrosion Science)上发表了稀土纳米线改性碳/碳复合材料的最新研究成果。该校材料学院教授邓海亮为第一作者和通讯作者,西北工业大学教授李克智为共同通讯作者,安徽工业大学为论文第一单位。

碳/碳(C/C)复合材料即碳纤维增强碳基体复合材料,作为火箭发动机喷管、再入空间飞行器防热系统的首选材料,该材料需要承受超高温高超音速燃气粒子流的烧蚀和冲刷,以及推力矢量调整产生的剧烈振动。因此,该材料的力学与抗烧蚀性能是相关动力系统和飞行器先进可靠的关键因素。利用一维超高温纳米材料辅助增强基体和纤维/基体界面,是改善C/C复合材料服役性能的有效途径之一。

基于稀土铈独特的物理化学性质及其碳化物和氧化物的高熔点,研究团队将稀土铈均匀分散至碳纤维表面,利用化学气相渗透法制备了纳米丝状碳(NFC)和CeC2纳米线@NFC核壳结构网络增强的C/C复合材料,在提升力学与3000℃烧蚀性能的同时,研究了NFC和CeC2纳米线@NFC的原位生长机制、碳基体结构的演变规律,分析了力学性能提升的原因,从热力学角度计算并探讨CeC2和碳的热化学氧化过程,阐明了纳米线增强网络在改善C/C复合材料高温烧蚀中的作用。该研究工作可为C/C复合材料高强度与抗烧蚀的微观结构设计提供支撑,也对稀土元素向高性能碳材料的扩展应用具有重要意义。



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