亠星如無
INDUSTRIAL HEATING
・38・
2021年第50卷第5期Vol. 5 0 No.5 2021
DOT 10. 3969/j. issn. 1002-1639.2021.05. 010
碳/碳复合材料表面烧蚀研究进展
D j
（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西西安710089）
摘要：碳/碳复合材料作为碳基复合材料的一种，因其具有耐高温、耐高压、耐表面烧蚀及抗辐射等优越性能，在航空航天领域发挥着
重要的作用（ 碳合材 环境为高温富氧条件下时， 出现表面烧蚀的 ，因 年的研究大多集中在 改
善高温
的.通过介绍碳/碳复合材料表面烧蚀机理，从验和模拟两方面综述了高温氧化烧 /碳复合材料的研究进
，从为碳/碳复合材料的研究 提
定的参考意义（
关键词：碳/T
合材料；表面烧蚀；研究进展
中图分类号:TQ314. 248
文献标志码:A
文章编号：1002-1639（2021 ）05-0038-03
Rearch Progres t ic Ablation of Carbon / Carbon Compositet
ANNa
(XiWn Aeronautical Polytechnic Institute ，Colleae of Aeronautical Materiale Engineering ，XiWn 710089，China)
Abstract : As a kind of carbon matrix composite ，carbon / carbon composite plays an important role in the fielO of aerospace becau of its high
temperature resistance ，high pressure resistance ，suOace erosion resistance and radiation resistance. However ，when the environme n t of carbon / carbon composite material s is high temperature and rich oxyyen ，the suOace ablation problem appears. So in recent years ，most of the re
arch focus on how / improve the high temperature and ea / oxidize. By introducing the ablation mechanism of carbon / carbon compos
ite material s ，the rearch proxress of high temperature oxidation ablation of carbon / carbon composite material s is summarized from two as-
pecW of experiment and simulation as / provide some reference significance for the rearch and development of carbon composites materi-
ae.
Key W o /s ： carbon / carbon composite ； suOace ablation ； rearch provress
碳基复合材料一般是指以碳纤维或者碳化硅作为 强体加 材料中 备的复合材料，而C/C 合材 合材料中的一种［1］
（ 碳
合材 有高强度、高模量、高韧性、隔热 多
能， 天域中使用的重要材料，长期以C/C 复合材 存在 研究 ， 在富氧高温环境下其表面的 烧蚀比较严重（见图1）（研究表明，如果C/C 复合材料表面 重为1% ，其材 的强度 下 10%; 重 10% ，其材料强度急速下 50%o C/C 复合材料主要用于 （火箭部 、洲际弹、特种飞机），其服役的环境极其恶虐，在 穿 气 程中，复合材 受 的影响。长期 改善C/C 复合材料的性能 研究的热点［2-4］
（
收稿日期：2020-06-29
基金项目：西安航空职业技术学院院级课题（18XHZH -0018） 作者简介：安
（1990—），女，硕士，讲师，研究方向为
高
温复合材料数值模拟.
图1 C/C 复合材料表面烧蚀图片
本文通过介绍C/C 复合材料表面烧蚀机理，从实 验和计算机模拟两方面分别介绍 对于C/C 复合材料烧 的研究 的 研究 ，从为C/C 复合材料下 的研究 提 定的理论学术参考意见。
1 C/C 复合材料表面烧蚀机理
C/C 复合材料在隔绝氧气的条件下可保持3 000 K
上的高温稳定性，这对于宇宙飞船 的
外层材料，但在含氧条件下，温度为673
K
・39・
2021年第50卷第5期Vot. 5 0 No.5 2021
INDUSTRIAL HEATING
慢
屉子程〔5*。C/C 复合材 种碳纤 强的合材料，其 程 种 气相反 :
程，图2为其 机理示意图。由于经 纤 合
转正答辩开场白
的材料其表面本身存在 的缺陷
，在
气条件下 极 附
的氧气分子，在
一定温度条件下氧气分 表面的
中暴
露的 素 反应:C+ O 2 = CO 2、2C+ 02 =
2C0,
谓的表面烧蚀反应。在反应结束后CO
和C02会在材料表面留下孔洞，
孔洞降低了材料
早安微语
的强度也使得烧蚀逐渐向着材 部 °7*。
果
要 C/C 复合材料表面烧蚀的
少其表
面的
，从阻隔其与氧气的
反应。
2 C/C 复合材料烧蚀研究进展
对于C/C 复合材料的研究可以追溯至20世纪80 年代,CHANG H W 组和Ha 组都对C/C 复
合材料表面的烧蚀机理和理论模型
早期的研
究〔
8-9*
。JOHN D BUCKLEY 等〔
10*
系 研究了在富氧 条件下复合材料表面的 侵蚀机理。王臣［
11巧
计 力学软件对烧蚀后材料的 场的变
情况
模拟的研究，并提出了 C/C 复合材料在
高温流场侵蚀下材料的损伤 机理。LABORDE
〔12* Abaqus 软件对C/C 复合材料模型高温
下的热力学
模拟研究，从而对
温度对材料
损伤情况，烧蚀位点进行了有效的分析预测。
的 系 研究 温度下材
的
象。XIONG GUO 等
〔14*
为 材料的高温稳
定 ，将Zi 2和so 粉体混合料浆涂抹于C/C 复 合材料表面 高温烧结，形成的保护膜可以使复合材料在1 500 d
晕头转向的意思
30 min 后仅失重0. 06%，图3
为材料的制备流程图 图。J P Gouty 】
15呕
XRD 研究 温度下C/C/SiC 的 程。
浸渍涂层
热解
1 000 T,2h,Ar
低温致密化
900 X ：,30 min,Air
梯度涂层
图3涂层制备过程示意图
Peipci Wang 】16* 原位合成法在SiC 涂层 C/C 复合材料表面制备了 HS 2（研究了涂层C/C 试
样在1 773 + 1 873
1 973 K 下的
能。结果
表明,HS 2梯度改性SO 涂层具有优良的抗氧化性
能，在1 773 + 1 873
1 973 K 温度下可分别在800 +
305 100 h 保护C/C 基体，图4为其复合涂层薄膜
示意图。
HfB?含量增加 SiC 含量减小
HfB 2＞饰SiC 涂层
老外婆图4 HfB # - SiC
黄蘖禅师多层膜梯度涂层示意图
亠星如無
INDUSTRIAL HEATING
・40・
2021年第50卷第5期Vol. 5 0 No.5 2021
给水管十大名牌3研究展望及总结
本文从C/C 复合材料存在的表面烧蚀机理出发, 出了 C/C 复合材料存在 烧
的所在，同时
分别从计算机模拟
验两方面总结
对于
C/C 复合材料表面烧 研究的
，从 为C/C
材料的
研究 提 (
参考文献
[1] 简 科，胡海峰，陈朝辉.碳/碳复合材料高温抗氧化涂层
研究
[J ].材料保护,2003,36( 1):22 -24.
[2] 杨鑫，黄启，苏哲，等.C/C 复合材料的高温抗氧化
防护研究进展[J ].宇航材料工艺,2014,44(1)：1 -15.
[3] 武海棠，魏 玺，于守泉，等.整体抗氧化C/C-ZrC-SiC
合材料的超高温烧
能研究[J ].无机材料学报,
2011,26( 8) :852 -856.
[4] 刘 娜.碳/碳复合材料表面烧蚀的多尺度数值模[D ].北
京：北京工
学,2014.
[5] 李龙.碳/碳复合材料多重环境下的氧化机理研究)D ].
西安：西北工业大学,2005.
[6] 李贺军.炭/炭复合材料[J ].新型炭材料,2001,16(2)：79
-80.
[7] CHANG H W. Oxidation Resistant Carbon Derived from Phe
nolic Resin [ J ]. Carbon. 1978,16 ( 1) ： 17 - 20.
[8] LI Z Q ,LI H J ,ZHANG S Y ,et al. Microstructures and Abla-
UonproperCes ofC / C - SiC - ZrC Composites Prepared using
C/C Skeletons with Various Densities [ J ] Ceram Int ,2013,39(
7) :8 173 -8 181.
[9] HAN K H. Rato of Oxidation of Carbon Fider/Carbon Matrix
Composites with an Anti - oxidation at High Temperature [ J ]. J. ElecOochem. Soo . 1987,134(4) ：1 003 -1 009.
[ 10] BUCKLEY JD , EDIE D D Caebon -caebon Maeeeoaesand
Composites [ M ]. [ S. O ] : William Andrew Publishing , 1992.
[11]王 臣，梁 军，杜善义.C/C 复合材料表面烧蚀细观形
伤分析[J ] •固
箭技术.2007,30(2) '150 -154.
[ 12] LABRUQERES , BOURRATX , PAILLER R , eeae Seeuceuee
and Oxidation of C/C Composites : Role of the InteOace [ J ]. Caebon ,2001,39(7)：971 -984.
[ 13] FUJIMOTOK.Degeadaeoon oSCaebon -bad Maeeeoaesdue
W Impact of High - energyatomio oxyyen [ J ]. International
Journal of Impact Engineering ,2003 (28 ) : 1 -11.
[ 14] GUOXIANG , WANG DAN , GUOZHEN , eeae.SoBCN-pee-
cursor - derived Gradient Oxidation Protective Ceramic Coat
ing for C/C Composites [ J ]. Surface and Coatings Technolo
gy ,2018 ,35(2) :101 -109.
[15] J P G0ULMY ,0 CATY ,F REBITLAT ,et al. CharacWrization
of the Oxidation of C/C/SiC Composites by Xray Micro -
Wmoxraphy [ J ]. Journal of the European Ceramic Society ,
2020,42(15) :42.
[16] P WANG , M TONG , H WANG , et al. Gradient HfB 2 - SiC
什么的友情
MultiWyer Oxidation Resistant Coating for C/C Composites
[J ]. Ceramics International ,2018 ,44(17) ：20 968 -20 973.
(上接第26页)
[14] 孙培锋，葛 冰，袁逸人，等•贫预混预蒸发燃烧室振荡燃 烧特性的实验研究[J ].热能动力工程,2018,33 (3)：64
-71.
[15] 付 ”，郭志辉.模型预混燃烧室燃烧不稳定性研究[J ]. 航空动力学报,2014,29(5)：1 079 -1 085.
[16] 王 昆.火焰面波动激发漩涡脱落的热声振荡机理研究
[D ].北京：中国科学院工程热物理研究所,2016.
[17] 猷. 声学理论 [M ] •北京：科学出版
社,2004.
[18] 治国.MSC.ACTRAN 工程声学有限元分析理论与应用
[M ] •北京：国防工业出版社,2007.
