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近日，科學院金屬研究所熱結構復合材料團隊采用高壓輔助固化—常壓干燥技術，通過基體微結構控制、纖維—基體協(xié)同收縮、原位界面反應制備出耐超高溫隔熱—承載一體化輕質(zhì)碳基復合材料。
碳氣凝膠(CAs)因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和熱絕緣性，有望成為新一代先進超高溫輕質(zhì)熱防護系統(tǒng)設計的突破性解決方案。近年來，研究團隊相繼發(fā)展了溶膠凝膠—水相常壓干燥、高壓輔助固化—常壓干燥2項CAs制備技術，設計了一種超低密度碳—有機混雜纖維增強體，賦予其優(yōu)異的超彈性。該材料可實現(xiàn)高效、低成本制備，并具有低密度、低熱導率和高壓縮強度等性能。
在此基礎上，該團隊以工業(yè)酚醛樹脂為前驅體，采用高沸點醇類為造孔劑并輔以高壓固化，實現(xiàn)了骨架本征強度的提升，同時采用與前驅體有機氣凝膠匹配性好的酚醛纖維作為增強體，通過纖維/基體界面原位反應，實現(xiàn)了炭化過程中基體和纖維的協(xié)同收縮及纖維/基體界面強的化學結合，終獲得了大尺寸、無裂紋的碳纖維增強類CAs復合材料。該材料密度為0.6克/立方厘米，其壓縮強度及面內(nèi)剪切強度分別可達80兆帕和20兆帕，熱導率僅為0.32瓦特/米·開，其比壓縮強度高于已知文獻報道的氣凝膠材料和碳泡沫。該材料還具有更高的力學強度，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐超高溫、隔熱和承載性能。