近日，中國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—承載一體化輕質碳基復合材料。
碳氣凝膠(CAs)因其優異的熱穩定性和熱絕緣性，有望成為新一代先進超高溫輕質熱防護系統設計的突破性解決方案。近年來，研究團隊相繼發展了溶膠凝膠—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，賦予其優異的超彈性。該材料可實現高效、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，實現了炭化過程中基體和纖維的協同收縮及纖維/基體界面強的化學結合，最終獲得了大尺寸、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，表現出優異的耐超高溫、隔熱和承載性能。
上述隔熱—承載一體化輕質碳基復合材料作為剛性隔熱材料已在多個先進發動機上裝機使用，為型號發展提供了關鍵技術支撐。
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