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英语科技论文写作

课程论文

论文题目：The progress ofSi/C Composites

electrochemical performance

指导老师： 学生姓名：陈枫 学号：201622703038

武汉科技大学课程论文

煤基碳材料的改性和抗氧化防护的研究进展

1．C/C复合材料的特性及应用

随着国防事业及航空航天领域的快速发展，现代飞行器(例如超高音速飞行器，航天飞机，导弹等)正向着超高速、高空以及更安全等方向发展，但也给超高温材料提出了更加苛刻的要求，不仅要求其能够在高温易氧化，易腐蚀等恶劣条件下不被破坏，同时还要求其具有一定的力学强度，从而能够完成一系列高强度的任务。因此，超高温材料的研究在国家航空航天、国防军事以及医疗卫生等各方面都具有非常重要的研究意义[1]。

C/C复合材料是以炭纤维或其织物为增强体，以气相渗透的热解炭或液相浸渍炭化的沥青炭、树脂炭为基体的一种纯炭多相结构。该材料具有密度小(理论密度为2.2g/cm3)，为陶瓷材料的二分之一，镍基合金的四分之一等；具备炭材料所具有的热性能，常温下导热性可与铝合金比拟，膨胀系数远比金属低，气化温度高，抗热震性能强，是目前唯一可应用于高温达2800 °C的高温复合材料；摩擦系数小且性能稳定，是各种易摩擦和耐磨部件及器材的理想材料；具有优异的力学强度，高强度，高模量，断裂韧性极佳，并且其强度随温度的升高不降反升，使其成为最具影响力的高温材料之一[2,3]，受到人们的普遍重视。

目前，C/C复合材料作为高温热结构部件已成功应用于航天飞机的机翼前缘、鼻锥、货舱门等；作为烧蚀材料已成功应用于火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室等；作为摩擦制动材料己经成功应用于飞机、坦克等的刹车装置，成为航空、航天工业及国防领域不可替代的关键性基础材料[4,5]。同时，随着C/C复合材料制备技术迅速发展，应用成本大幅降低，使其在生物、核能、汽车等民用领域近年来也得到广泛关注，具有广阔的应用前景[6]。

2．C/C复合材料高温抗氧化研究进展

但是，C/C复合材料存在一个致命弱点，即在高温有氧环境下极易氧化。研究表明，碳在空气中370°C、在水蒸汽中650°C、在CO2中750°C就开始氧化，且氧化速率随着温度的升高迅速增加[7]。C/C复合材料的氧化失重将会导致该材料力学性能大幅度降低，而大量应用的C/C复合材料构件又通常在有氧环境下工作，若不通过有效办法对C/C复合材料进行抗氧化保护，其应用必然受到极大限制。因

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此，目前C/C复合材料研究的关键和难点所在是如何使C/C复合材料具有稳定持久的抗氧化性能。

解决C/C复合材料高温抗氧化问题是充分利用其优异性能的基础，也是使其工程应用化的难点所在。目前国内外广泛采用基体改性技术和制备抗氧化涂层技术来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能[8]：内部基体改性技术是指在C/C复合材料的制备过程中就对其组成部分（炭纤维和基体炭）进行改性处理，使其自身具有较强的抗氧化能力，例如基体炭采用填充改性沥青或选用含高温陶瓷相的炭纤维等；涂层技术则是指以防止氧气或含氧气体接触扩散为前提的外部抗氧化涂层技术，即在C/C复合材料的表面制备抗氧化涂层，从而达到隔绝氧气或氧化性气氛与基体材料的接触，从而起到防氧化的目的。

2.1基体改性技术

基体改性技术主要包括纤维改性和基体改性两个方面。纤维改性是指对纤维的制备材料进行改性处理或在纤维表面制备抗氧化涂层，使其本身具有较好的抗氧化性能，从而防止被氧化；基体改性则是改变基体的内部组成，主要是引入碳化物、硼化物、硅化物等高温陶瓷相作为阻氧剂，这些阻氧剂在高温和氧化性气氛中能够氧化成可流动的玻璃态固熔体，进而形成具有自愈合功能的保护膜，有效掩蔽材料表面缺陷和微裂纹，减少氧化活性点部位，同时阻止氧气向材料内部扩散，从而在很大程度上抑制或完全阻止氧化反应的发生。经过研究人员对基体改性技术多年来大量的科研研究，基体改性技术已实现在低温段为C/C复合材料提供较好的防氧化保护，并形成了以化学气相渗透法，化学气相反应法，反应熔体浸渗法，先驱体浸渍裂解法等为代表日臻成熟的制备工艺，是提高C/C复合材料抗氧化性能的重要途径之一。

(1)化学气相渗透法

化学气相渗透法(CVI)是基体改性技术中的一种，它是以炭纤维编制体为增强体，以小分子烃为碳源得到炭基体，以陶瓷有机物为气源得到陶瓷基体，采用共沉积或者分步沉积的方式得到含陶瓷相的C/C 复合材料。由于采用非化学气相浸渗工艺制备的C/C 复合材料中的树脂和沥青基体，在炭化和石墨化时会发生收缩现象，会导致炭纤维出现一定程度的损伤，从而使复合材料的机械性能出现下降。因此，为了得到相对较高性能的C/C复合材料，人们通常采用化学气相浸渗工艺。就目前的制造工艺而言，采用CVI方法得到的材料的性能最好，但是它的扩散速率和渗透速率比较慢，使得浸渗时间延长，且会在复合体中产生密度梯度。这不仅仅会增加制造成本，而且还会使工艺变得更加复杂，稳定性变差[9-13]。

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