看似全金屬包裹的導(dǎo)彈會和紡織領(lǐng)域有交集？答案是肯定的，不僅如此，作為導(dǎo)彈配套的關(guān)鍵部位的關(guān)鍵材料——碳/碳喉襯材料憑借其顯著的材質(zhì)優(yōu)勢為我國國防、航天事業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
碳/碳復(fù)合材料工藝技術(shù)裝備及應(yīng)用項(xiàng)目的第一完成人孫晉良院士認(rèn)為，隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展和國家對型號發(fā)展的需求，碳/碳材料作為直接為國家重點(diǎn)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈配套的關(guān)鍵部位的關(guān)鍵材料，它的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。與此同時，碳/碳材料可作為機(jī)械密封、軸承等耐磨材料，用于高溫和污染等惡劣工況場合。
打破西方技術(shù)壁壘
推動喉襯材料發(fā)展
主持人：您研制的碳/碳材料主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？請您簡單介紹一下碳/碳復(fù)合材料這個項(xiàng)目。
孫晉良：我們項(xiàng)目研制的碳/碳材料主要為我國國防軍工及航天工業(yè)用新一代固體火箭發(fā)動機(jī)（SRM）配套，同時還將用于高溫密封和軸承等。碳/碳復(fù)合材料以聚丙烯腈預(yù)氧化纖維（PANOF）整體氈為預(yù)制件，采用化學(xué)氣相滲透（CVI）和樹脂浸漬復(fù)合工藝制備而成，具有高比強(qiáng)度、耐燒蝕、抗熱震沖擊、抗沖刷、耐高溫、耐磨損等性能等一系列特點(diǎn)。我們對碳/碳材料CVI工藝過程進(jìn)行了仿真模擬，研究了碳/碳材料CVI工藝過程的影響因素及規(guī)律，優(yōu)化了CVI工藝。該項(xiàng)目完成了專用控制軟件的研發(fā)，在國內(nèi)該領(lǐng)域率先將由PC-PLC二級控制的技術(shù)應(yīng)用于碳化及CVI工藝，實(shí)現(xiàn)了CVI工藝和碳化工藝的計算機(jī)自動控制。它的工藝先進(jìn)可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有創(chuàng)新性，總體水平達(dá)到國際先進(jìn)。
該項(xiàng)目的研究成果——碳/碳材料為國防軍工及航天工業(yè)用固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展提供了新型噴管喉襯材料，促進(jìn)了固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展，為我國的航天事業(yè)和國防軍工建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)，社會效益很大。
主持人：碳/碳復(fù)合材料的主要特點(diǎn)有哪些？該項(xiàng)目又有哪些立項(xiàng)背景？
孫晉良：碳/碳復(fù)合材料是用碳纖維增強(qiáng)碳基體的一種高技術(shù)新材料，它具有優(yōu)異的抗燒蝕性、抗熱震性、高比強(qiáng)度、高比模量及高溫性能穩(wěn)定等一系列特點(diǎn)。
在固體火箭發(fā)動機(jī)（SRM）中，噴管喉部的燒蝕狀態(tài)最為惡劣，因此，必須采用具有良好耐燒蝕和抗沖刷性能的噴管喉襯材料來抵御嚴(yán)酷的燒蝕環(huán)境。喉襯材料經(jīng)歷了難熔金屬、陶瓷、石墨、纖維增強(qiáng)塑料等一系列材料的進(jìn)步，滿足了早期各個不同階段SRM發(fā)展的需要。
碳/碳復(fù)合材料的崛起，推動了噴管喉襯材料的更新?lián)Q代，美、法、俄等國家花費(fèi)了巨資進(jìn)行碳/碳噴管新材料、新工藝及新結(jié)構(gòu)的研究，歐美推出了碳纖維多向編織技術(shù)、高壓液相浸漬工藝及CVI工藝，并利用這些方法制得了高密度的3D、4D碳/碳整體式喉襯—入口段和整體式喉襯—擴(kuò)張段等。目前，碳/碳材料已成為先進(jìn)SRM廣泛采用的材料。
任慕蘇：碳/碳喉襯是SRM中的關(guān)鍵部件，在SRM工作過程中，碳/碳喉襯承受著3000K以上的高溫和含有固體粒子的高速燃?xì)饬鞯臎_刷。在這種嚴(yán)酷的燒蝕環(huán)境下，碳/碳喉襯必須能抵御高溫、高壓和固體粒子的沖刷，并保持低的燒蝕率和均勻良好的燒蝕外形。
1976年以前，碳/碳材料作為洲際導(dǎo)彈彈頭端頭帽和SRM噴管喉襯的候選材料，基于碳/碳材料的重要性，美國及其他西方國家的許多研究成果都是嚴(yán)格保密。所以，只有通過自主研發(fā)才能滿足我國固體火箭發(fā)動機(jī)對喉襯材料的需求。
應(yīng)用于多種型號SRM
性能已達(dá)國際水平
主持人：關(guān)于碳/碳材料的研究國內(nèi)外都有許多關(guān)注，與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)相比，該項(xiàng)目有哪些競爭優(yōu)勢？
孫晉良：由于碳/碳復(fù)合材料的預(yù)制體結(jié)構(gòu)和致密工藝的不同，其性能可在很寬的范圍內(nèi)變化。根據(jù)實(shí)際需要，通過設(shè)計結(jié)構(gòu)和控制組分可獲取適宜的性能。其預(yù)制體結(jié)構(gòu)是碳/碳復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)性能可設(shè)計性的基礎(chǔ)。目前，國外在航天上面級SRM、地地戰(zhàn)略導(dǎo)彈SRM、潛地戰(zhàn)略導(dǎo)彈SRM、先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈SRM、運(yùn)載火箭大型助推器等五個系列的所有SRM中，幾乎全部采用3D、4D碳/碳喉襯材料。
國外碳/碳喉襯材料多為三向或多向碳/碳復(fù)合材料，而本項(xiàng)目研制的以整體氈為預(yù)制體的碳/碳喉襯材料，國外無同類材料，因此無法比較整體氈碳/碳材料性能。通過我們研制的整體氈碳/碳和三向碳/碳喉襯材料以及國外碳/碳喉襯材料性能對比，我們的三向碳/碳喉襯材料性能已達(dá)到同類材料的國際先進(jìn)水平。
主持人：作為軍用及航天裝備，該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會效益有哪些？
任慕蘇：由于碳/碳復(fù)合材料用于國防及航天事業(yè)，其直接經(jīng)濟(jì)效益難以估算。國慶60周年閱兵式上展示了碳/碳喉襯配套的導(dǎo)彈。碳/碳復(fù)合材料為國防軍工及航天工業(yè)用固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展提供了新型噴管喉襯材料，促進(jìn)了固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展，為我國的航天事業(yè)和國防軍工建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)，取得了巨大的社會效益。（中國紡織報）
碳/碳復(fù)合材料工藝技術(shù)裝備及應(yīng)用項(xiàng)目的第一完成人孫晉良院士認(rèn)為，隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展和國家對型號發(fā)展的需求，碳/碳材料作為直接為國家重點(diǎn)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈配套的關(guān)鍵部位的關(guān)鍵材料，它的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。與此同時，碳/碳材料可作為機(jī)械密封、軸承等耐磨材料，用于高溫和污染等惡劣工況場合。
打破西方技術(shù)壁壘
推動喉襯材料發(fā)展
主持人：您研制的碳/碳材料主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？請您簡單介紹一下碳/碳復(fù)合材料這個項(xiàng)目。
孫晉良：我們項(xiàng)目研制的碳/碳材料主要為我國國防軍工及航天工業(yè)用新一代固體火箭發(fā)動機(jī)（SRM）配套，同時還將用于高溫密封和軸承等。碳/碳復(fù)合材料以聚丙烯腈預(yù)氧化纖維（PANOF）整體氈為預(yù)制件，采用化學(xué)氣相滲透（CVI）和樹脂浸漬復(fù)合工藝制備而成，具有高比強(qiáng)度、耐燒蝕、抗熱震沖擊、抗沖刷、耐高溫、耐磨損等性能等一系列特點(diǎn)。我們對碳/碳材料CVI工藝過程進(jìn)行了仿真模擬，研究了碳/碳材料CVI工藝過程的影響因素及規(guī)律，優(yōu)化了CVI工藝。該項(xiàng)目完成了專用控制軟件的研發(fā)，在國內(nèi)該領(lǐng)域率先將由PC-PLC二級控制的技術(shù)應(yīng)用于碳化及CVI工藝，實(shí)現(xiàn)了CVI工藝和碳化工藝的計算機(jī)自動控制。它的工藝先進(jìn)可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有創(chuàng)新性，總體水平達(dá)到國際先進(jìn)。
該項(xiàng)目的研究成果——碳/碳材料為國防軍工及航天工業(yè)用固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展提供了新型噴管喉襯材料，促進(jìn)了固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展，為我國的航天事業(yè)和國防軍工建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)，社會效益很大。
主持人：碳/碳復(fù)合材料的主要特點(diǎn)有哪些？該項(xiàng)目又有哪些立項(xiàng)背景？
孫晉良：碳/碳復(fù)合材料是用碳纖維增強(qiáng)碳基體的一種高技術(shù)新材料，它具有優(yōu)異的抗燒蝕性、抗熱震性、高比強(qiáng)度、高比模量及高溫性能穩(wěn)定等一系列特點(diǎn)。
在固體火箭發(fā)動機(jī)（SRM）中，噴管喉部的燒蝕狀態(tài)最為惡劣，因此，必須采用具有良好耐燒蝕和抗沖刷性能的噴管喉襯材料來抵御嚴(yán)酷的燒蝕環(huán)境。喉襯材料經(jīng)歷了難熔金屬、陶瓷、石墨、纖維增強(qiáng)塑料等一系列材料的進(jìn)步，滿足了早期各個不同階段SRM發(fā)展的需要。
碳/碳復(fù)合材料的崛起，推動了噴管喉襯材料的更新?lián)Q代，美、法、俄等國家花費(fèi)了巨資進(jìn)行碳/碳噴管新材料、新工藝及新結(jié)構(gòu)的研究，歐美推出了碳纖維多向編織技術(shù)、高壓液相浸漬工藝及CVI工藝，并利用這些方法制得了高密度的3D、4D碳/碳整體式喉襯—入口段和整體式喉襯—擴(kuò)張段等。目前，碳/碳材料已成為先進(jìn)SRM廣泛采用的材料。
任慕蘇：碳/碳喉襯是SRM中的關(guān)鍵部件，在SRM工作過程中，碳/碳喉襯承受著3000K以上的高溫和含有固體粒子的高速燃?xì)饬鞯臎_刷。在這種嚴(yán)酷的燒蝕環(huán)境下，碳/碳喉襯必須能抵御高溫、高壓和固體粒子的沖刷，并保持低的燒蝕率和均勻良好的燒蝕外形。
1976年以前，碳/碳材料作為洲際導(dǎo)彈彈頭端頭帽和SRM噴管喉襯的候選材料，基于碳/碳材料的重要性，美國及其他西方國家的許多研究成果都是嚴(yán)格保密。所以，只有通過自主研發(fā)才能滿足我國固體火箭發(fā)動機(jī)對喉襯材料的需求。
應(yīng)用于多種型號SRM
性能已達(dá)國際水平
主持人：關(guān)于碳/碳材料的研究國內(nèi)外都有許多關(guān)注，與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)相比，該項(xiàng)目有哪些競爭優(yōu)勢？
孫晉良：由于碳/碳復(fù)合材料的預(yù)制體結(jié)構(gòu)和致密工藝的不同，其性能可在很寬的范圍內(nèi)變化。根據(jù)實(shí)際需要，通過設(shè)計結(jié)構(gòu)和控制組分可獲取適宜的性能。其預(yù)制體結(jié)構(gòu)是碳/碳復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)性能可設(shè)計性的基礎(chǔ)。目前，國外在航天上面級SRM、地地戰(zhàn)略導(dǎo)彈SRM、潛地戰(zhàn)略導(dǎo)彈SRM、先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈SRM、運(yùn)載火箭大型助推器等五個系列的所有SRM中，幾乎全部采用3D、4D碳/碳喉襯材料。
國外碳/碳喉襯材料多為三向或多向碳/碳復(fù)合材料，而本項(xiàng)目研制的以整體氈為預(yù)制體的碳/碳喉襯材料，國外無同類材料，因此無法比較整體氈碳/碳材料性能。通過我們研制的整體氈碳/碳和三向碳/碳喉襯材料以及國外碳/碳喉襯材料性能對比，我們的三向碳/碳喉襯材料性能已達(dá)到同類材料的國際先進(jìn)水平。
主持人：作為軍用及航天裝備，該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會效益有哪些？
任慕蘇：由于碳/碳復(fù)合材料用于國防及航天事業(yè)，其直接經(jīng)濟(jì)效益難以估算。國慶60周年閱兵式上展示了碳/碳喉襯配套的導(dǎo)彈。碳/碳復(fù)合材料為國防軍工及航天工業(yè)用固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展提供了新型噴管喉襯材料，促進(jìn)了固體火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)展，為我國的航天事業(yè)和國防軍工建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)，取得了巨大的社會效益。（中國紡織報）
