工程科学学报，第39卷，第1期：81-87,2017年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.1:81-87,January 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.011;http://journals.ustb.edu.cn 纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影 响规律 甄 强12)四，鲁飞”，宋绍雷)，李榕)，郑锋) 1)上海大学纳米科学与技术研究中心，上海2004442)上海大学材料科学与工程学院，上海200444 ☒通信作者，E-mail:qzhen@staf.hu.edu.cn 摘要本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料，利用X射线衍射技术，高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的 石墨化度的影响.纳米SC能够显著促进碳基体材料的石墨化度，同时通过高分辨率透射电镜在纳米SC颗粒周围观测到明 显的石墨化结构，并且距离SC越近，碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能 结果表明，随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高，纳米SiC在高温下生成较为均匀的Si0,保护层，覆盖在碳材 料的表面，阻碍氧气与碳材料的接触，并且SC含量越高，形成的保护层越厚，抗氧化能力越强. 关键词碳/碳复合材料；纳米颗粒：碳化硅：石墨化；抗氧化性能 分类号TB332 Influence of nano-SiC on the graphitization and oxidation resistance of C/C composites ZHEN Qiang2),LU Fei),SONG Shao-lei),LI Rong,ZHENG Feng) 1)Nanoscience and Technology Research Center,Shanghai University,Shanghai 200444,China 2)Material Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China Corresponding author,E-mail:qzhen@staff.shu.edu.cn ABSTRACT SiC-carbon/carbon (C/C)composites were prepared by doping nano-SiC,and the influence of nano-SiC on the graphitization degree of carbon material was investigated by X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM).The nano-SiC can promote the graphitization degree of carbon material.An apparent graphitization structure around the nano SiC was observed by HRTEM,and the carbon material has a higher graphitization degree when it is closer to the nano-SiC.The oxidation resistance of SiC-C/C composites was also studied through static oxidation experiment.It is found that the anti-oxidation per- formance of C/C composites increases with increasing nano-SiC content,and the nano-SiC forms a uniform SiO protective layer at high temperature,which could cover the carbon material surface to prevent the material from oxidation.In addition,the SiO protective lay- er is thicker and has a higher oxidation resistance property when the matrix material contains more nano-SiC. KEY WORDS carbon/carbon composites;nanoparticles;silicon carbide;graphitization;oxidation resistance C/C复合材料作为优异的热结构功能一体化工程材料性能受到影响，极大制约着材料在高温下的使用. 材料，由于其低密度、高导热性、低膨胀系数、高温高强 作为高温热结构材料，在绝大多数场合，C/C复合材料 度等优异性能，自1958年诞生以来，在军工和航天航的应用多年来一直被其容易被氧化的性质所困扰.因 空方面得到了巨大的发展-】.但是由于C/C复合材 此，如何有效保护C/C复合材料，减少其在高温下的 料在320℃以上即开始氧化，随着温度的进一步提高， 氧化程度成为该领域的研究重点之一【3-6]. 收稿日期：2016-03-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51272154)工程科学学报,第 39 卷,第 1 期:81鄄鄄87,2017 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 1: 81鄄鄄87, January 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 01. 011; http: / / journals. ustb. edu. cn 纳米 SiC 对 C / C 复合材料石墨化与抗氧化性能的影 响规律 甄 强1,2) 苣 , 鲁 飞1) , 宋绍雷1) , 李 榕1) , 郑 锋1) 1) 上海大学纳米科学与技术研究中心, 上海 200444 2) 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444 苣 通信作者,E鄄mail: qzhen@ staff. shu. edu. cn 摘 要 本文制备纳米 SiC 基体改性的 SiC鄄鄄C/ C 复合材料,利用 X 射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究 SiC 对碳材料的 石墨化度的影响. 纳米 SiC 能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米 SiC 颗粒周围观测到明 显的石墨化结构,并且距离 SiC 越近,碳基体的石墨化程度越高. 通过静态氧化实验研究 SiC鄄鄄 C/ C 复合材料的抗氧化性能. 结果表明,随着 SiC 加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米 SiC 在高温下生成较为均匀的 SiO2保护层,覆盖在碳材 料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且 SiC 含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强. 关键词 碳/ 碳复合材料; 纳米颗粒; 碳化硅; 石墨化; 抗氧化性能 分类号 TB332 Influence of nano鄄SiC on the graphitization and oxidation resistance of C / C composites ZHEN Qiang 1,2) 苣 , LU Fei 1) , SONG Shao鄄lei 1) , LI Rong 1) , ZHENG Feng 1) 1) Nanoscience and Technology Research Center, Shanghai University, Shanghai 200444, China 2) Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: qzhen@ staff. shu. edu. cn ABSTRACT SiC鄄鄄 carbon / carbon ( C/ C) composites were prepared by doping nano鄄SiC, and the influence of nano鄄SiC on the graphitization degree of carbon material was investigated by X鄄ray diffraction and high鄄resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The nano鄄SiC can promote the graphitization degree of carbon material. An apparent graphitization structure around the nano SiC was observed by HRTEM, and the carbon material has a higher graphitization degree when it is closer to the nano鄄SiC. The oxidation resistance of SiC鄄鄄C/ C composites was also studied through static oxidation experiment. It is found that the anti鄄oxidation per鄄 formance of C/ C composites increases with increasing nano鄄SiC content, and the nano鄄SiC forms a uniform SiO2 protective layer at high temperature, which could cover the carbon material surface to prevent the material from oxidation. In addition, the SiO2 protective lay鄄 er is thicker and has a higher oxidation resistance property when the matrix material contains more nano鄄SiC. KEY WORDS carbon / carbon composites; nanoparticles; silicon carbide; graphitization; oxidation resistance 收稿日期: 2016鄄鄄03鄄鄄23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51272154) C/ C 复合材料作为优异的热结构功能一体化工程 材料,由于其低密度、高导热性、低膨胀系数、高温高强 度等优异性能,自 1958 年诞生以来,在军工和航天航 空方面得到了巨大的发展[1鄄鄄2] . 但是由于 C/ C 复合材 料在 320 益以上即开始氧化,随着温度的进一步提高, 材料性能受到影响,极大制约着材料在高温下的使用. 作为高温热结构材料,在绝大多数场合,C/ C 复合材料 的应用多年来一直被其容易被氧化的性质所困扰. 因 此,如何有效保护 C/ C 复合材料,减少其在高温下的 氧化程度成为该领域的研究重点之一[3鄄鄄6]