连续纤维增强陶瓷基复合材料热扩散系数测定的核心意义

连续纤维增强陶瓷基复合材料（Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites, CFCC）作为一种新型高温结构材料，因其优异的耐高温性、抗热震性和力学性能，在航空航天、核能发电及高速制动系统等领域得到广泛应用。热扩散系数作为衡量材料导热性能的关键参数，直接影响其在高温环境下的热应力分布与热管理效率。精确测定CFCC的热扩散系数，可为材料的热-力耦合性能评估、服役寿命预测及工程化应用提供重要数据支撑。

检测原理与标准方法

基于激光闪射法（Laser Flash Method）的热扩散系数测定技术，通过测量材料表面瞬间受激光脉冲加热后背面温升曲线，结合试样厚度和热流响应时间计算得出热扩散系数。该方法符合ASTM E1461和ISO 18753国际标准，具有非接触式测量、适用范围广（-120~2800℃）及重复性误差小于±3%的技术优势。对于CFCC这类各向异性材料，需分别测定平行纤维方向（∥）和垂直纤维方向（⊥）的热扩散特性。

实验流程与关键控制点

测试过程包含四个核心环节：①样品制备需确保试样尺寸为Φ10mm×1~3mm，表面经金刚石研磨至Ra＜0.5μm；②采用标准参照材料（如石墨SRM-8425）进行设备校准；③在惰性气氛保护下以10℃/min速率进行梯度升温测试；④通过红外探测器采集温升数据，结合Cowan修正模型消除辐射热损失影响。特别注意纤维/基体界面氧化对测试结果的干扰，要求真空度≤5×10⁻³Pa。

数据处理与结果验证

基于Becker数学模型：α=0.1388·L²/t₁/₂，其中α为热扩散系数（mm²/s），L为试样厚度（mm），t₁/₂为半升温时间（s）。利用NETZSCH Proteus®分析软件进行傅里叶变换和热驰豫修正，典型CFCC（如C/SiC）在室温下∥方向热扩散系数可达15~25mm²/s，而⊥方向仅为6~10mm²/s。通过DSC同步测试比热容（Cp），结合热扩散系数α与质量密度ρ计算导热系数λ=α·ρ·Cp，实现热物性参数的交叉验证。

影响因素与工程应用价值

材料组成与结构对测试结果呈显著影响：①碳纤维体积分数每增加10%，平行方向α值提升约18%；②界面相厚度超过200nm时会导致热阻增加20%以上；③孔隙率＞8%会引起热扩散系数非线性下降。这些数据为优化CFCC的纤维排布设计、界面改性工艺及孔隙率控制提供了量化依据，支撑了新一代热防护系统（TPS）和涡轮叶片等关键部件的热-结构协同设计。