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陶瓷改性C/C复合材料的新型结构设计策略 精选

已有 3206 次阅读 2024-1-17 09:27 |个人分类:AMR Account|系统分类:论文交流

西北工业大学李贺军院士团队:陶瓷改性C/C复合材料的新型结构设计策略

近日,西北工业大学李贺军院士团队的AMR述评文章“Novel Structural Design Strategies in Ceramic-Modified C/C Composites”在线发表。文章从“结构设计策略”角度着重介绍了陶瓷改性碳纤维增强碳基(碳/碳,C/C)复合材料领域的创新进展,详细阐述了材料的制备和结构设计方法,并深入探讨了结构与性能之间的关系。最后,文章讨论了陶瓷改性C/C复合材料的发展前景和面临的挑战。

关键词:碳/碳复合材料;陶瓷改性;结构设计策略;抗烧蚀性能

1 文章内容简介

碳纤维增强碳基(碳/碳,C/C)复合材料具有一系列优异的结构特性,已成为航空航天领域高温热结构材料的重要候选材料。然而,C/C 复合材料的高氧化敏感性严重限制了其在超高温和高速含氧气流环境中的应用。为了应对这一挑战,硅基陶瓷或超高温陶瓷(UHTCs)被引入C/C复合材料基体中。借助陶瓷材料的高熔点、抗氧化和耐烧蚀特性,与C/C复合材料结合使用,可以发挥各自的优势,有效提升C/C复合材料的抗氧化和抗烧蚀性能,很好地满足对热防护材料日益增长的需求。此外,陶瓷改性不仅可以显著提高C/C复合材料的抗氧化和抗烧蚀性能,在某些情况下还可以改善其力学和功能特性。

本文从“结构设计策略”角度出发,系统地综述了预制体、织构和界面调控,陶瓷组分分布控制,纳米结构强韧化,以及涂层-基体改性一体化等陶瓷改性C/C复合材料研究的最新进展。文章详细讨论了材料的制备工艺和结构设计方法,分析了结构设计对陶瓷改性C/C复合材料抗氧化/抗烧蚀性能的影响,阐明了结构与性能之间的关系,并对未来的研究方向和面临的挑战进行了展望。

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2 AMR:您对该领域的发展有何愿景?

作者团队:

期待该领域能够吸引和培养更多具备专业知识的人才,投身到高性能C/C复合材料等系列超高温复合材料的研究中,运用自身专长,解决航空航天工程技术领域中的实际难题,充分发掘超高温复合材料的应用潜力。

3 AMR:请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会!

作者团队:

虽然现阶段陶瓷改性C/C复合材料在热防护领域取得了很多的研究进展,但将来仍有很多研究机会。特别是对于大尺寸C/C复合材料部件,一个值得探索的研究方向是设计和开发新的高效制备方法,以缩短制备周期,降低成本,并制备综合性能更高的复合材料。另外,在结构设计方面,根据不同部件在其实际应用环境中对材料的具体性能要求,进行材料组成的宏观结构设计和微观可控构造,以满足不同部件的具体性能要求,实现多功能化。

作者团队简介

李贺军(本文通讯作者),西北工业大学材料学院教授,博导,中国工程院院士,亚太材料科学院院士,国家杰出青年科学基金获得者,国家自然基金委创新研究群体项目学术带头人。长期从事碳/碳复合材料、抗氧化/烧蚀涂层、碳纤维增强纸基与金属基复合材料等研究工作。获国家自然科学二等奖1项,国家技术发明二等奖2项,全国创新争先奖1项,国家教学成果一、二等奖共3项,省部级一等奖7项,国防创新团队奖1项,获日本复合材料学会Hayashi Memorial奖、中国炭素杰出成就奖。获授权发明专利130余件,出版专著和教材3部。获全国模范教师、首届全国“最美科技工作者”、陕西省教书育人楷模等荣誉称号。

付前刚(本文通讯作者),西北工业大学材料学院院长,教授,博导,国防科技创新团队负责人,国家杰出青年基金获得者,国家重点研发计划首席科学家,首批基金委优青,教育部新世纪优秀人才。主要从事抗氧化抗烧蚀碳/碳复合材料研究,发表SCI论文300余篇,授权发明专利50余项,以第一完成人获教育部自然科学一等奖,以第二完成人获国家自然科学奖1项、省部级一等奖2项,获陕西省青年科技奖。

殷学民(本文通讯作者),于2021年获得西北工业大学博士学位,师从李贺军院士,先后在西北工业大学、香港理工大学从事博士后研究。曾入选陕西省科协青年人才托举计划,主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金站中特别资助和面上资助项目、陕西省自然科学基础研究计划等。主要从事陶瓷基/碳基纳米材料可控制备及其在复合材料强韧化、功能化的研究工作,研究成果以第一或通讯作者身份发表在Adv. Funct. Mater.Acc. Mater. Res.SmallCompos. Sci. Technol.Chem. Eng. J.CarbonJ. Mater. Sci. Technol.等国内外期刊上。

张欣,西北工业大学材料学院硕士研究生,于2022年在成都理工大学获学士学位,目前在西北工业大学攻读硕士学位,师从郭领军教授。主要研究方向为高性能抗烧蚀陶瓷改性C/C复合材料。

刘慧敏,西北工业大学材料学院硕士研究生,2021年毕业于聊城大学,获学士学位。目前在西北工业大学攻读硕士学位,师从李克智教授。主要研究方向为陶瓷纳米材料的制备及其多功能应用。

扫码阅读李贺军院士团队的精彩Account文章:

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Novel Structural Design Strategies in Ceramic-Modified C/C Composites

Xuemin Yin*, Xin Zhang, Huimin Liu, Qiangang Fu*, and Hejun Li*

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00192

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