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1.碳/碳復(fù)合材料的研究方向和不足。
C /C復(fù)合材料有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是在高溫氧化氣氛中容易氧化。分C復(fù)合材料的抗氧化涂層技術(shù)取得了很大進(jìn)展，基本實(shí)現(xiàn)了1 650℃以下的抗氧化來(lái)解決。但仍有許多未解決的問(wèn)題，成為各國(guó)研究的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。
(1)開(kāi)發(fā)新的涂層系統(tǒng)。目前很多研究基本還在實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一個(gè)。一定距離，如TiC/ SiC/ ZrO2- MoSi2涂層體系。
(2)高溫長(zhǎng)壽命防氧化涂層系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件對(duì)涂層碳/碳復(fù)合材料的影響它要求高溫(1 650℃ ~1 800℃)和長(zhǎng)壽命(300小時(shí)~ 500小時(shí))。僅使用新涂層制備。只有制備的復(fù)合梯度涂層才能滿足這樣的要求。另外，它沒(méi)有1 800℃以上的高溫那么長(zhǎng)time抗氧化涂層體系的實(shí)際應(yīng)用報(bào)告。G. Savage提出了1 800℃以上的防氧化涂層體系
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路:難熔氧化物/二氧化硅玻璃/難熔氧化物/難熔碳化物。在涂層的最外層是耐高溫氧化物，保持高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性；第二外層是低氧擴(kuò)散率的二氧化硅玻璃層。氧氣侵入阻隔層，并能密封涂層外表面的裂縫；下一層可以是最低的碳化物和二次碳化物。外層二氧化硅層具有化學(xué)和物理相容的耐高溫氧化層，以保持粘合性；底層是碳化物層，主要保持與前一層氧化物和C/ C復(fù)合材料的相容性，防止碳的逸出。底部碳候選材料是TaC、ZrC、HfC和TiC，它們都具有低碳擴(kuò)散率。另一種涂層是Rh/ Ir/ carbide系統(tǒng)。Rh阻止氧擴(kuò)散的能力很強(qiáng)，但高溫下易與碳化物反應(yīng)，必須使用。Ir作為隔離層將其與碳化物內(nèi)層隔開(kāi)，在2 100℃以下，Ir是O2和C擴(kuò)散的有效阻擋物塊層。目前，用于1 800℃以上的C/ C復(fù)合抗氧化涂層體系的應(yīng)用研究正在進(jìn)行中。
(3)測(cè)試條件和測(cè)試技術(shù)。C/ C復(fù)合材料多用于熱結(jié)構(gòu)件，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境極其惡劣苛刻，所以測(cè)試抗氧化涂層性能時(shí)盡量模擬實(shí)際環(huán)境。目前，通用的測(cè)試環(huán)境是在靜態(tài)空氣中測(cè)試，與實(shí)際環(huán)境相差太大。因此，如果抗氧化涂層要在實(shí)踐中應(yīng)用，它也測(cè)試條件和技術(shù)需要進(jìn)一步改進(jìn)。
(4)涂層系統(tǒng)的再利用。1981年，具有抗氧化涂層的C/ C復(fù)合材料正式用于航空。飛機(jī)頭錐帽和機(jī)翼前緣。為了保證航天飛機(jī)在惡劣的空間環(huán)境中安全運(yùn)行，有必要涂覆抗氧化涂層。該層具有良好的穩(wěn)定性。另外，為了保證航天飛機(jī)能多次成功起降，要求抗氧化涂層厚重。良好的可重用性和復(fù)用性，以及高質(zhì)量可靠性。
(5)尋求其他制備工藝降低成本。C/ C復(fù)合材料的制備成本已經(jīng)很高了。如果涂層制備工人如果工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)，會(huì)增加整個(gè)部件的制造成本，進(jìn)一步限制C/ C復(fù)合材料應(yīng)用廣泛；因此，尋找更合適的制備工藝也是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。
2.在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
火箭的噴管是燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能所必需的關(guān)鍵部件。噴嘴的材料必須承受以下試驗(yàn):2 000 ℃~ 3 500℃高溫；熱表面的超高速加熱
罷工；高熱梯度引起的熱應(yīng)力；高壓；長(zhǎng)期暴露在高速腐蝕性氣體中等。C /C比較從復(fù)合材料的性能特點(diǎn)可以看出，C /C復(fù)合材料是制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的理想抗燒蝕耐熱材料。
3.在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用
汽車(chē)的質(zhì)量與其油耗密切相關(guān)。碳/碳復(fù)合材料制成的各種汽車(chē)零部件可以大大減輕車(chē)重。碳/碳復(fù)合材料不能廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的主要原因是成本太高。隨著碳/碳復(fù)合材料的生產(chǎn)隨著技術(shù)革新和產(chǎn)量的擴(kuò)大，該材料的價(jià)格必然會(huì)下降，它將成為汽車(chē)工業(yè)的新材料。
4.在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
C/C復(fù)合材料具有良好的生物相容性，在醫(yī)學(xué)上可用作類(lèi)骨插入物和人工心臟瓣膜體。彈性模量和密度可以設(shè)計(jì)得和人骨差不多，強(qiáng)度高，可以用作人工骨。
