国防科技大学 空天科学学院 材料科学与工程系, 长沙410073
碳化硅陶瓷基复合材料以其高比强度、高比模量、高导热、良好的耐烧蚀性能、高温抗氧化性、抗热震性能等特性, 广泛应用于航空航天、摩擦制动、核聚变等领域, 成为先进的高温结构及功能材料。本文综述了高导热碳化硅陶瓷基复合材料制备及性能等方面的最新研究进展。引入高导热相, 如金刚石粉、中间相沥青基碳纤维等用以增强热输运能力; 优化热解炭炭与碳化硅基体界面用以降低界面热阻; 热处理用以获得结晶度更高、导热性能更好的碳化硅基体; 设计预制体结构用以建立连续导热通路等方法, 提高碳化硅陶瓷基复合材料的热导率。此外, 本文展望了高导热碳化硅陶瓷基复合材料后续研究方向, 即综合考虑影响碳化硅陶瓷基复合材料性能要素, 优化探索高效、低成本的制备工艺; 深入分析高导热碳化硅陶瓷基复合材料导热机理, 灵活运用复合材料结构与性能的构效关系, 以期制备尺寸稳定、具有优异热物理性能的各向同性高导热碳化硅陶瓷基复合材料。
热管理 高导热 碳化硅 复合材料 综述 thermal management high thermal conductivity silicon carbide composite review
1 国防科学技术大学 航天与材料工程学院， 长沙 410073
2 防化研究院， 北京 102205
在激光硬杀伤防护体系研究中，制备了鳞片石墨改性环氧树脂涂层，分析了它与辐照激光能量耦合作用规律，研究了其热烧蚀性能、隔热性能等抗激光辐照性能，并对不同参数激光辐照后该材料的损伤形貌进行宏观、微观分析，确定了损伤阈值与损伤形式。实验结果表明：石墨改性环氧树脂具有优良的抗强激光辐照性能，连续激光辐照下功率密度损伤阈值高于2 kW/cm2；高温下与激光能量耦合系数仅为10%左右，稳定热烧蚀率低至μg/J量级；具备优良的纵向隔热性能，高温下热导率在10 W·K-1·m-1以下；低功率密度激光辐照下损伤形式为轻微氧化，高功率密度激光辐照下则以汽化烧蚀为主；材料制备工艺简单,成本低廉,与被加固材料界面结合良好。
石墨 环氧树脂 激光辐照 能量耦合 损伤形式 形貌分析 graphite epoxy resin laser irradiation energy coupling damage form morphology analysis 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2617
国防科学技术大学 航天与材料工程学院, 长沙 410073
以聚碳硅烷为原料,通过1 200 ℃高温裂解工艺制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料, 进行了电子发射实验。结果表明：与天鹅绒阴极材料相比, 碳化硅纳米线具有更高的电子发射电流密度,在115 kV外加激励脉冲高压下,电子发射密度为23.7 kA/cm2,而天鹅绒材料为14.0 kA/cm2, 并具有更好的电子发射品质及更长的使用寿命。因此碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极,具有很好的应用潜力。
高功率微波 阴极材料 碳化硅纳米线 电子发射 high power microwave cathode materials silicon carbide nanowires electron emission 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2945
国防科学技术大学 航天与材料工程学院 材料工程与应用化学系，长沙 410073
研究了树脂基复合材料中常用的E－51环氧树脂在ms级脉冲激光辐照下热烧蚀率及质量烧蚀率的变化规律，分析了脉冲激光的辐照时间、峰值功率密度、重复频率以及脉宽对烧蚀率的影响。研究结果表明：随辐照时间的增加热烧蚀率逐渐增大，但辐照一定时间后，热烧蚀率趋于稳定；峰值功率密度的增加能明显提高热烧蚀率，但随峰值功率密度的增加，热烧蚀率的增幅减小直至趋于一定值；热烧蚀率不随脉冲激光重复频率和脉宽的变化而改变，当峰值功率密度一定时，热烧蚀率一定，质量烧蚀率与频率和脉宽成正比。
长脉冲激光 环氧树脂 热烧蚀率 质量烧蚀率 辐照时间 峰值功率密度 Long pulse laser Epoxy Thermal ablation rate Mass ablation rate Irradiation time Maximum power density
国防科学技术大学 航天与材料工程学院，长沙 410073
采用热压工艺制备了碳纤维布和高硅氧纤维布增强的环氧树脂和酚醛树脂基复合材料，研究了不同功率密度连续激光辐照下，复合材料的破坏形式及其组织结构与力学性能的变化。结果表明：当激光辐照功率密度大于0．1 kW／cm2后，树脂基体产生燃烧，碳纤维没有明显的损伤，而玻璃纤维布开始熔融，复合材料的拉伸性能降低30%～40%；当功率密度达到1 kW／cm2以后，除基体燃烧外，碳纤维复合材料产生明显的鼓泡分层，表层碳纤维有少量破断，而高硅氧纤维产生明显的熔融烧损，复合材料的拉伸性能降低80%以上。采用有限元计算方法，对碳纤维增强环氧树脂复合材料在连续激光辐照下的温度场进行了研究，计算结果与实验中复合材料的损伤行为相吻合。
树脂基复合材料 连续激光 辐照 损伤 有限元分析 Resin matrix composite CW laser Radiation Damage Finite element analysis
国防科学技术大学,航天与材料工程学院,长沙,410073
运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段,分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式,研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响.研究结果表明:在激光辐照过程中,复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解;由于裂解气体的保护作用,碳纤维不发生氧化,而是在汽化点(3 300 ℃)汽化烧蚀;复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大,随辐照时间增加而减小,最终均趋于定值;增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度,降低碳纤维损伤的功率密度阈值.
ms量级重频激光 碳纤维/环氧树脂基复合材料 热分析 辐照 损伤 激光参数 热烧蚀率
