近日，中国科学院金属研究所热结构复合材料团队采用高压辅助固化—常压干燥技术，通过基体微结构控制、纤维—基体协同收缩、原位界面反应制备出耐超高温隔热—承载一体化轻质碳基复合材料。
碳气凝胶(CAs)因其优异的热稳定性和热绝缘性，有望成为新一代先进超高温轻质热防护系统设计的突破性解决方案。近年来，研究团队相继发展了溶胶凝胶—水相常压干燥、高压辅助固化—常压干燥2项CAs制备技术，设计了一种超低密度碳—有机混杂纤维增强体，赋予其优异的超弹性。该材料可实现高效、低成本制备，并具有低密度、低热导率和高压缩强度等性能。
在此基础上，该团队以工业酚醛树脂为前驱体，采用高沸点醇类为造孔剂并辅以高压固化，实现了骨架本征强度的提升，同时采用与前驱体有机气凝胶匹配性好的酚醛纤维作为增强体，通过纤维/基体界面原位反应，实现了炭化过程中基体和纤维的协同收缩及纤维/基体界面强的化学结合，最终获得了大尺寸、无裂纹的碳纤维增强类CAs复合材料。该材料密度为0.6克/立方厘米，其压缩强度及面内剪切强度分别可达80兆帕和20兆帕，热导率仅为0.32瓦特/米·开，其比压缩强度高于已知文献报道的气凝胶材料和碳泡沫。该材料还具有更高的力学强度，表现出优异的耐超高温、隔热和承载性能。
上述隔热—承载一体化轻质碳基复合材料作为刚性隔热材料已在多个先进发动机上装机使用，为型号发展提供了关键技术支撑。
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