Ablation behavior and thermal conduction mechanism of 3D ZrC–SiC-modified carbon/carbon composite having high thermal conductivity using mesophase-pitch-based carbon fibers and pyrocarbon as heat transfer channels

中间相 材料科学 复合材料 增强碳-碳 复合数 热导率 热传导 烧蚀 碳纤维 液晶 光电子学 工程类 航空航天工程
作者
Dong Huang,Qianli Liu,Yuefeng Zhang,Chong Ye,Shipeng Zhu,Zhen Fan,Fei Wang,Hongbo Liu,Jinshui Liu
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:224: 109201-109201 被引量:105
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109201
摘要

A three-dimensional ZrC–SiC-modified Carbon/Carbon composite having high thermal conductivity is prepared to significantly reduce the ablation rate and improve dimensional stability of composites used in thermal protection systems. The mesophase-pitch-based carbon fibers/pyrocarbon skeleton is designed as the thermal diffusion channel using the intermediate state mesophase-pitch-based carbon fibers and chemical vapor infiltration method. After successive graphitization and polymer precursor impregnation and pyrolysis, the obtained ZrC–SiC-modified carbon/carbon composite exhibits a high thermal conductivity of 206.5 W m−1 K−1 in the X(Y) direction. The ablation results indicate that the composite exhibits a surface temperature of 241 °C, which is lower than that of the composite without mesophase-pitch-based carbon fibers, thus verifying the improved ablation resistance. The linear and mass ablation rates of the composite are found to be 0.33 μm s−1 and 0.56 mg cm−2 s−1, respectively. The thermal conduction mechanism of the ZrC–SiC-modified carbon/carbon composite near the ablation center is investigated to show the combined phonon heat conduction and thermal radiation. This study provides a protocol for the design and construction of modified carbon/carbon composites having high thermal conductivity for application in hypersonic vehicles.
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