抗氧化性与烧蚀耐受性：新型Ti3AlC2改性铝涂层碳纤维/硼酚醛树脂陶瓷化复合材料的烧蚀机制

《Polymer Composites》：Oxidation and Ablation Resistance, Ablation Mechanism of Novel Ti3AlC2 Modified Al-Coated Carbon Fiber/Boron Phenolic Resin Ceramizable Composites

碳纤维/酚醛树脂复合材料经Ti3AlC2改性及Al涂层后，形成耐高温陶瓷层，显著提升1500℃残炭率82.3%和4.3MW/m2低烧蚀率0.00573mm/s。通过高温自陶瓷化反应，建立Ti-Al-O-C多相陶瓷防护屏障，揭示微结构演变与相变机制。

　　

摘要

碳纤维/酚醛树脂复合材料（CF/Ph）由于其高比强度和易于制造的特点，作为高超音速飞行器的大面积热防护材料受到了广泛关注。然而，碳纤维在400°C以上容易发生氧化失效，这严重限制了其应用范围。本文采用简便的预浸料压缩成型技术制备了经Ti₃AlC₂改性的Al涂层碳纤维/硼酚醛树脂陶瓷化复合材料（ACF/BPRC）。研究了Ti₃AlC₂和Al涂层对材料热降解行为、长期抗氧化腐蚀性能以及抗烧蚀性能的影响。结果表明，这种陶瓷化复合材料具有优异的热稳定性：在1500°C时残余率为82.3%，在4.3 MW/m²的烧蚀载荷下线性烧蚀速率（LAR）低至0.00573 mm/s。通过微观结构演变、相变分析和热力学计算揭示了其烧蚀机制。高温原位陶瓷化反应形成了Ti–Al–O–C多相陶瓷热防护层，赋予了复合材料出色的抗烧蚀性能。

亮点

• 该陶瓷化复合材料通过简便的预浸料压缩成型工艺制备而成。
• Ti₃AlC₂具有多种热防护功能。
• 最佳性能的陶瓷化复合材料的线性烧蚀速率接近于零。
• 原位陶瓷化反应提升了复合材料的抗烧蚀性能。
• 该复合材料的热烧蚀机制已被明确。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性声明

作者无需报告任何相关信息。