热烧蚀与双轴拉伸耦合作用下碳/碳复合材料的原位测试及界面失效机理研究

为解决航空航天热防护材料在真实工况下的多场耦合性能评估难题，研究人员开发了集成热烧蚀(1500°C氧乙炔火焰)与双轴拉伸的测试系统。研究发现C/C复合材料在1500°C烧蚀下的拉伸强度为59.3 MPa，线性/体积烧蚀率分别为0.0274 mm·s?1和0.0288 g·s?1，揭示了热化学烧蚀与应力协同加速界面降解的脆性断裂机制，为极端环境材料评价提供了新方法。

　　

在航空航天领域，碳/碳(C/C)复合材料凭借卓越的高温力学性能成为关键热防护材料。传统测试方法难以模拟实际工况中热-力耦合的复杂环境，这项研究创新性地构建了同步施加热烧蚀和双轴拉伸载荷的测试平台。

当氧乙炔火焰将试样加热至1500°C时，双轴拉伸测试显示材料强度维持在59.3 MPa。通过原位观测装置捕捉到材料的线性烧蚀速率达0.0274 mm·s^?1，体积烧蚀速率为0.0288 g·s^?1。扫描电镜(SEM)图像中清晰可见表面沟槽、氧化物沉积等特征，更观察到基体消失、纤维尖端裸露和鞘状结构等独特形貌。

深入机理分析表明，热化学烧蚀(thermal-chemical ablation)与双轴应力的协同效应会加速纤维-基体界面降解。这种耦合作用导致局部应力集中，最终引发脆性断裂。该集成测试方法首次实现了真实多场耦合条件下热防护系统性能的精准评估，为新一代耐极端环境材料研发提供了重要技术支撑。