成果简介
碳气凝胶（CA）由于其优异的热稳定性和隔热性而成为航空航天车辆热保护的理想候选者。然而，脆性和低机械强度严重限制了它们的实际应用，并且在具有高强度的大型CA中没有取得重大突破。本文，中科院金属研究所成会明院士、汤素芳研究员等在《ACSNANO》期刊发表名为“FabricationofLargeAerogel-LikeCarbon/CarbonCompositeswithExcellentLoad-BearingCapacityandThermal-InsulatingPerformanceat°C”的论文，研究使用高压辅助聚合与环境压力干燥(APD)相结合的大型碳/碳（C/C）复合材料的开发，该复合材料具有气凝胶状碳基体和低结晶度纤维增强材料。3D短切酚醛纤维毡在酚醛树脂和交联剂反应体系中用作增强前体，以通过聚合过程中的交联反应和碳化过程中的同时收缩来提高界面粘合强度。制备的C/C复合材料体积密度中等，导热系数低，承载能力好，可成型为大型工件。它们的比强度（MPag–1cm–3)远高于最近报道的CA整体或复合材料，据我们所知，关于C/C复合材料在超高温下具有良好的承载能力和隔热性能的报道很少。优异的隔热和承载能力使这种复合材料成为航空航天车辆超高温热保护的理想选择。图文导读
图1.通过浸渍、高压辅助聚合、常压干燥和碳化制备C/C复合材料。图2.(a)PCP和PF毡的TG和DSC曲线。(b)PCP、PF毡和C/CP在XY和XZ平面上的碳化收缩。(c,d)C/CP和(e,f)C/C复合材料的3D-XRT图像。(g)C/CP和(h)C/C复合材料中纤维直径的分布。图3.(a-c)不同放大倍率下C/C复合材料微观结构的SEM图像。(d)PF与反应溶液在制备过程中的相互作用示意图。(e)PF毡、C/CP和C/C复合材料的FTIR光谱。(f)PF在固化过程中与反应溶液的化学反应。图4.C/C复合材料的演示具有(a)出色的承载能力，(b)出色的抗剪切性，以及(c)良好的成型和加工大型工件的能力。图5.(a)不同体积密度的C/C复合材料的抗压强度、比强度和TC。(b)这项工作中C/C复合材料的抗压强度以及其他参考文献中报道的气凝胶/泡沫及其复合材料的抗压强度。图6.(a)C/C复合材料在氧乙炔火焰加热试验中的正面和背面温度。a部分的插图显示了测试夹具的配置及其前后的实时照片。用于加热测试的夹具配置包括(1)穿孔绝缘砖（孔径，50mm），(2)嵌入一块陶瓷基复合材料(75×75×5mm3)的绝缘毡，(3)嵌入试验样品的绝缘毡（直径，50mm），（4）耐热金属片（75×75×1mm3），和（5）热电偶。(b)C/C复合材料加热前后的照片。(c)C/C复合材料加热后的收缩和质量损失。C/C复合材料(d)加热前和(e)加热后的SEM图像。图7.加热前后C/C复合材料的表征。（a，b）TEM图像，（c）XRD图案，（d）拉曼光谱和（e）压缩测试期间的应力-应变曲线。小结
作者使用简单的高压辅助聚合方法结合常压干燥，在超高温下制造了具有优异承载能力，热稳定性和隔热性能的大型C/C复合材料。这些结果表明，本研究中的C/C复合材料具有作为理想的超高温热绝缘体的潜力，在航空航天车辆热保护系统中具有优异的承载能力。文献：