近日，航天学院复合材料与结构研究所张幸红教授研究团队在“糖衍生新型纳米晶耐烧蚀碳基复合材料”研究方面取得创新性成果，报道了一种具有3000℃优异耐烧蚀性能的糖衍生纳米晶石墨基体C/C复合材料，相关研究以“Sugar-Derived Nanocrystalline Graphite Matrix C/C Composites with Excellent Ablative Resistance at 3000℃” 为题发表在材料领域国际期刊《Advanced Materials》上。

纤维增强可提升原始材料的可靠性，对于脆性材料尤其重要，这促进了各种复合材料的发展，如纤维增强树脂、金属、陶瓷和碳。碳纤维增强碳基复合材料（C/C）的发现被认为是材料史上的一项重大成就，在航空航天、热核反应堆、车辆制动、热光伏、测试和生物医学等领域得到了广泛应用。此外，C/C复合材料在航空航天飞行器的热防护领域具有极其重要的意义，是唯一能够承受3000℃以上烧蚀环境的热防护材料。然而，由于致密化周期长、制备温度高、石油化工碳源昂贵等原因，C/C复合材料制备复杂且成本高，是其广泛应用的主要障碍。因此，迫切需要开发一种简单的工艺，并利用低成本的生物质碳源替代石油化工产品来生产C/C复合材料，但迄今为止仍然是一个挑战。

这里，研究团队报道了一种从生物质糖中提取碳并将其引入到碳纤维预制体中，以作为致密基体制备C/C的方法。糖衍生碳/碳(S-C/C)复合材料的基体具有纳米晶石墨结构，基体与碳纤维结合良好。更重要的是，碳纤维表面不需要CVI制备的热解碳界面层，而使用沥青、树脂等石化源制备C/C复合材料时，碳纤维表面需要CVI制备的热解碳界面层。与传统方法相比，该方法所制备材料具有相当的力学性能，同时，为验证S-C/C材料的超高温应用潜力，我们采用超高热流密度电弧风洞实验对该材料进行了测试，在最高3000℃、10MW m^-2热流的环境下，烧蚀200s后，其线烧蚀率为0.03mm s^-1，具有更优异的耐烧蚀性能。这种新型S-C/C有望应用于从半导体到航空航天的广泛领域，S-C/C的制备模式为碳基材料的规模化生产提供了新思路。

利用糖衍生碳作为致密基体替代石化产品制备C/C复合材料，高致密S-C/C复合材料在3000℃和10 MW m^-2热流密度下表现出优异的耐烧蚀性能

不同碳源制备的C/C复合材料在不同试验条件下的烧蚀性能比较

2020级博士研究生张文正（导师为韩杰才教授）为论文第一作者，哈尔滨工业大学为第一署名单位和通讯单位。此项工作得到了国家自然科学基金重大项目(No.52293372)、国家自然科学基金重点项目(No.52032003)、部委重点基础研究项目、黑龙江省头雁计划等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309899