碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的微结构构筑、可控制备与性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51872059
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    胡平
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Carbon fiber reinforced ultra-high temperature ceramic composites, as a kind of non-ablative high temperature thermal protection material with great application value, have important scientific and engineering significance for promoting the development of hypersonic vehicles. The co-design of strengthening-toughening and oxidation resistance is the key scientific issues, which currently limited the development and application. To address the problem, this project will carry out the study on the microstructure construction, controllable preparation and properties of carbon fiber reinforced ultra-high temperature ceramic composites. Through the innovatice researches on carbon fiber surface modification, interface optimization design and preparation methods, the continuous control of composition and microstructure for ultra-high temperature ceramic and carbon fiber in three-dimensional space as well as low-temperature sintering to densification will be achieved. The relationship among compositions, microstructure and mechanical behavior accompanied by the behavior and mechanism of oxidative ablation under aerodynamic thermal environment of composite will be revealed. Thereby the co-design of strengthening-toughening and oxidation resistance will be realized, promoting the basic research and engineering applications in hypersonic vehicles of carbon fiber reinforced ultra-high temperature ceramic composites.
碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料作为一类极具应用价值的非烧蚀型防热材料，对于推动高超声速飞行器的研发具有重要的科学意义和工程价值，强韧化与抗氧化协同是目前限制该类材料发展和应用的核心科学问题。本项目将针对这一核心科学问题，开展碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的微结构构筑、可控制备与性能研究，通过碳纤维表面改性、界面优化设计及实现方法与制备工艺的创新，实现超高温陶瓷与碳纤维在三维空间上的双连续及组分与微结构的精细调控，突破低温烧结致密化难题，阐明碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料组分、微结构与力学行为之间的关联关系，揭示在气动热环境下材料的氧化烧蚀行为及机理，实现碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的强韧化与抗氧化协同，助推碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的基础研究以及在高超声速飞行器中的工程应用。

结项摘要

本项目针对碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料强韧化与抗氧化协同这一核心科学问题，开展了碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的微结构构筑、可控制备与性能研究，获得了水热过程中的液相产物、固相产物以及碳纤维表面涂层的结构演变规律，揭示了水热涂层的形成机理，实现了碳纤维表面均匀致密碳涂层的高效可控、绿色快速制备，提出了超高温陶瓷基复合材料全新制备方法，构筑了超高温陶瓷与碳纤维在三维空间上的双连续结构，解决了气相沉积、前驱体浸渍裂解等超高温陶瓷传统“气相”、“液相”引入方法存在的高含量超高温陶瓷引入难（通常≤10 vol.%）、碳纤维增强体高温损伤（＞1500℃）、高动压服役过程原位氧化层抗冲刷烧蚀能力差等难题，显著缩短了制备周期并降低了制造成本，同时具有优异的普适性，不再受结构尺寸、形状以及厚度限制。利用该方法制备的连续碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料表现出优异的可靠性，室温、高温弯曲强度分别高达591±52 MPa（RT）和503±87 MPa（1400℃），断裂功较单相超高温陶瓷材料或其他方法增韧的超高温陶瓷复合材料实现提升数十倍（断裂功>10000J/m2），断裂韧性也从4~5 MPa∙m1/2提高到15 MPa∙m1/2以上，复合材料通过了1600~2500℃宽温域长时间氧化烧蚀考核，表现出优异的抗氧化烧蚀性能，实现了纤维增韧超高温陶瓷复合材料的强韧化与抗氧化协同，克服了本征脆性这一长期制约工程化应用的科学难题，有力推动了碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料的基础性研究以及工程化应用，实现了极端环境下超高温陶瓷复合材料关键热端部件的产品化和定制化需求。

项目成果

期刊论文数量（24）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Starting from essence to reveal the ablation behavior and mechanism of 3D PyC Cf/ZrC-SiC composite
从本质出发揭示3D PyC Cf/ZrC-SiC复合材料的烧蚀行为及机理
  • DOI：
    10.1016/j.corsci.2022.110261
  • 发表时间：
    2022-04-04
  • 期刊：
    CORROSION SCIENCE
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Cheng, Yuan;Lyu, Yang;Han, Jiecai
  • 通讯作者：
    Han, Jiecai
Using PyC coated short chopped carbon fiber to tackle the dilemma between tit toughness and strength of ZrC-SiC
使用PyC涂层短切碳纤维解决ZrC-SiC韧性和强度之间的困境
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2018.09.196
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Cheng, Yuan;Liu, Chang;Du, Shanyi
  • 通讯作者：
    Du, Shanyi
Ultralight and hydrophobic MXene/chitosan-derived hybrid carbon aerogel with hierarchical pore structure for durable electromagnetic interference shielding and thermal insulation
超轻、疏水性 MXene/壳聚糖衍生的杂化碳气凝胶，具有分层孔隙结构，可实现持久的电磁干扰屏蔽和热绝缘
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2022.137093
  • 发表时间：
    2022-05-28
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Wu, Shiqi;Chen, Daming;Zhang, Xinghong
  • 通讯作者：
    Zhang, Xinghong
Microstructures and mechanical properties of Cf/ZrB2-SiC composite fabricated by nano slurry brushing combined with low-temperature hot pressing
纳米浆料刷涂结合低温热压制备Cf/ZrB2-SiC复合材料的显微组织与力学性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.03.147
  • 发表时间：
    2019-06
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Zhang Dongyang;Hu Ping;Dong Shun;Fang Cheng;Feng Jiaxin;Zhang Xinghong
  • 通讯作者：
    Zhang Xinghong
Enhanced mechanical properties and thermal shock resistance of Cf/ZrB2- SiC composite via an efficient slurry injection combined with vibrationassisted vacuum infiltration
通过高效浆料注入与振动辅助真空渗透相结合，增强 Cf/ZrB2-SiC 复合材料的机械性能和耐热冲击性
  • DOI：
    10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.003
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Zhang Dongyang;Feng Jiaxin;Hu Ping;Xun Liancai;Liu Meng;Dong Shun;Zhang Xinghong
  • 通讯作者：
    Zhang Xinghong

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  • 作者：
    马宁;胡平;闫康康;郭威;孟祥兵;翟述基
  • 通讯作者：
    翟述基

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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