美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员，找到了一种大幅加快碳-碳复合材料制造速度的新方法。

研究团队介绍，这一新工艺有望取代当前缓慢且劳动密集型的传统制造流程，从根本上降低生产成本。

"速度正是FAST CAR2技术最吸引人的地方,"该实验室极端与多功能材料科学项目副主管萨尔·尼默表示,"它有潜力让火箭喷管或高超音速飞行器所需的高性能先进材料,实现更快、更高效的生产。"

碳-碳复合材料，本质上是嵌入固态碳基体中的碳纤维，可以理解为一种特殊的碳纤维增强复合材料——只不过包裹纤维的不是环氧树脂，而是更多的碳。

这种材料兼具极轻的重量、出色的机械强度，以及惊人的耐高温性能，因此被广泛应用于火箭喷管、再入系统、导弹弹头、飞机刹车装置以及高超音速热防护系统等领域。

让碳-碳复合材料的制造变得更简单

"碳-碳材料是高速飞行器抵御极端高温所依赖的热防护系统中,最为重要的材料之一,"共同主导FAST CAR2项目的实验室材料工程师威廉·法伊表示。

"它对于美国宇航局帕克太阳探测器的热防护罩而言至关重要——这艘飞船是迄今为止飞得最接近太阳的人造物体,这种材料不可或缺。"不过他也坦言，目前这种材料的制造过程极为缓慢。

传统制造流程通常从多孔碳纤维结构入手，随后需要用额外的碳填满纤维之间的微小空隙，主要有两种实现方式：反复将富碳气体压入材料并在其内部沉积碳，或是用树脂浸润材料后加热，使除碳以外的绝大部分物质燃烧或热解掉。

问题在于，单次处理往往无法填满所有空隙，需要反复多轮才能完成；而FAST CAR2技术则让这一过程大大简化和提速，原本需要数月才能制成的类似材料，如今只需数天即可完成。

该技术不再依靠缓慢地在纤维结构内部生长或沉积碳基体，而是将含碳材料直接引入纤维预制体中，随后利用一种名为"场辅助烧结"的技术，对整个结构进行极为迅速的挤压和加热处理。

展望：从原型走向规模化生产

电流会产生极为迅速的加热效果，同时压制过程会同步施加压力使材料致密化——据了解，实际的致密化过程只需数分钟即可完成，尽管制样准备与整个制造流程加起来仍需数天时间。

"我们的目标是实现某种革命性的突破——从根本上改变致密化机制本身,从而让速度实现数量级的提升,"项目研究人员查普金表示,"项目启动之初，理论基础已经具备，但我们甚至不确定材料最终能否成型，每一步都让我们感到惊喜。"

展望未来，研究团队正与外部合作伙伴携手，寻求使用更大型的压制设备，以便将这一工艺扩展至更大规模的样品生产，并为更广泛的应用场景打开大门。

"规模化永远是最难的一环,"法伊坦言,"但看到整个项目推进得如此迅速、又取得了如此显著的成效，我们对它未来的发展前景感到乐观。"