第九章 新型含硅高分子
近二十多年來發展起來的含硅高分子有：以硅－硅為主鏈的聚硅烷；以硅－碳為主鏈的聚碳硅烷；以硅－氮為主鏈的聚硅氮烷。這些高分子有其特殊的性能，可用作陶瓷先驅體，制作耐高溫纖維，耐高溫涂層；用作光學材料，制作光致抗蝕劑，液晶材料；用作烯烴聚合引發劑等。我們重點介紹用于C/C復合材料抗氧化的含硅高分子。
第一節 C/C復合材料的抗氧化研究
C/C復合材料是復合材料的一種，其增強相、基體相分別為碳纖維與碳，碳基體可以是樹脂碳、沉積碳或兩者的結合，是一種全碳質的非均相材料。
C/C復合材料具有一些特異的性質：
1) 密度小（<2.0g/cm-3），僅為高溫鎳基合金的1/4，陶瓷材料的1/2。
2) 高溫性能極佳，且隨溫度升高（可達2200℃），其強度不僅不降低，甚至比室溫還高，這一獨特性能是其他材料如金屬材料、樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷材料等所無法比擬的。
3) 抗燒蝕性能良好，燒蝕均勻，可以達到高于3000℃的高溫，運用于短時間燒蝕的環境中，如航天工業使用的火箭發動機噴管、喉襯等，具有無與倫比的優越性。
4) 耐摩擦磨損性能優異，其摩擦系數小、性能穩定，是各種耐磨和摩擦部件的最佳候選材料。
具有其他復合材料的特征，如高強度、高模量、高疲勞強度和蠕變性能等。
一、C/C復合材料的氧化弱區
雖然C/C復合材料是目前最耐高溫的材料（約達到2300K），但C/C復合材料在400℃即開始氧化，在450～500℃氧化嚴重，甚至在低的氧分壓下也可與H2O，O2，CO2，CO等氧化性氣氛反應，而產生失重，進而引起材料尺寸的變化，還會破壞纖維使其力學性能下降而影響其增強效果。這對于導彈喉襯和端頭帽材料和其他的熱結構件極為有害，如對于導彈喉襯和端頭帽由于氧化而引起的材料尺寸變化會影響導彈的推力和射程及命中度，所以各國對解決C/C復合材料的氧化問題極為重視，也是目前C/C復合材料研究的熱點和難點問題。
1．纖維/基體界面：
微觀分析表明碳纖維的表面不是光滑的而是微觀上呈沿軸向的溝槽或階梯溝槽狀形態。以CVI工藝為例，在此工藝中熱解碳在纖維表面沉積優先沉積于這些表面活性大的臺階處，形成強鍵合，而在溝槽內凹處形成弱鍵合，在隨后的2000～3000℃的高溫處理過程中這些弱結合處易于斷鍵而形成孔隙，成為氧化氣氛的擴散通道。即纖維/基體界面是氧化的敏感區域，因為纖維和基體具有不同的熱膨脹系數，則在熱處理后的冷卻過程中在纖維/基體界面處產生裂紋，從而形成氧化氣氛的擴散通道。
2．不同的沉積碳組織的氧化：
沉積碳一般按偏光顯微鏡所觀察的結果分為光滑層（SL），粗糙層（RL）和各向同性層（ISO）。其中SL層各向異性度較ISO和RL層大，更易于氧化。而RL層的綜合性能好，石墨化速率高，但因為工藝條件難于控制往往得到的是混合型組織。
3．增強體結構對C/C復合材料的影響：
增強體結構不僅對C/C復合材料的力學性能有影響還對其氧化行為有影響，在文獻中證明了不同的增強體結構（碳氈和碳布）的氧化行為。因為碳氈和碳布的孔隙大小和分布不同，從而影響其內表面積，進而影響氣體的吸附行為，因此影響其氧化順序。只有通過細致研究纖維排布結構及后續處理工藝對C/C復合材料氧化行為的影響，才能優化結構和工藝。
4．碳纖維的雜質對C/C復合材料的影響：
碳纖維含約0.01～0.1%的Mo、V、O、N、Cr、Na、Ca等雜質，是由生產碳纖維原絲時帶入，或由于浸漬瀝青和樹脂時引入，即使經高溫處理后也不能完全去除，成為氧化的催化劑，而且若這些元素在纖維中分布不均勻則會使纖維氧化不均勻，造成纖維缺陷而影響其增強效果。
