C/C和C/C-SiC复合材料的氧化及烧蚀性能

用液相浸渍．裂解聚硅烷工艺制备了C／C-SiC复合材料，对比了C／C与C／C-SiC复合材料的氧化及烧蚀性能，用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了氧化与烧蚀前后的微观结构及物相变化．结果表明：C／C-SiC复合材料使C／C复合材料的氧化起始温度从500℃提高到700℃；在600℃和700℃恒温氧化条件下，C／C-SiC复合材料比C／C复合材料的氧化速率分别降低38％和47％，失重率分别降低35％和47％；C／C-SiC复合材料的耐烧蚀性能优于C／C复合材料．     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

C/C-SiC复合材料的表面烧蚀模型及数值模拟

基于炭基和硅基防热复合材料的烧蚀机理对C/C-SiC防热复合材料进行烧蚀分析.依据相变原理,在热传导方程和能量平衡原理的基础上,建立了一维非稳态烧蚀数值模型,模拟了C/C-SiC防热复合材料的烧蚀过程,分析结果与实验数据吻合良好.同时通过数值对比看出,在同等的烧蚀环境中,C/C复合材料的烧蚀速率最快,材料内部温度最低;...     

载流摩擦参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响

以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,采用单因素试验法,研究了电流、速度、载荷对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响,借助扫描电子显微镜和能谱仪观察摩擦表面形貌和元素分布。试验结果表明:随着电流和速度的增加,C/C复合材料/QCr0.5摩擦副的起弧率增加;载荷为70 N时起弧率最小;磨损形貌观察发现:起弧率较高情况下,磨损表面有大量的电弧侵蚀坑和转移铜。     

炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构与烧蚀性能

采用金相显微镜和扫描电镜对炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构进行分析,采用等离子烧蚀方法研究了炭纤维增强树脂炭复合材料不同方向的烧蚀性能,并对其烧蚀表面形貌进行扫描电镜观察,分析了复合材料烧蚀性能差异的原因.研究结果表明:炭纤维增强树脂炭复合材料中炭纤维和树脂炭结合较好,基体中产生了应力石墨化,材料烧蚀优先从纤维与树脂炭的界面及缺陷处开始,轴向垂直于气流方向的纤维越多,材料烧蚀率越小.     

C/C-SiC复合材料的制备及其烧蚀性能

采用料浆喷涂法将SiC粉添加到针刺碳毡中,利用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)与前驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)复合工艺制备C/CSiC复合材料.借助X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)与扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察材料的微观结构,利用H_2-O_2焰烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能,分析其烧蚀行为.结果表明:烧蚀500 s后,SiC含量为9%的C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能显著优于C/C复合材料,其线烧蚀率降低了63%,质量烧蚀率降低了76%.烧蚀中心区,烧蚀最严重,且材料的烧蚀主要是升华和机械剥蚀,并伴有氧化.烧蚀过渡区,熔融SiO_2能够弥合材料的裂纹、孔隙等缺陷,阻挡氧化性气氛进入材料内部,使材料表现出优异的抗烧蚀性能.材料的烧蚀主要是热氧化和H_2-O_2流的剪切剥蚀.在烧蚀边缘区,烧蚀轻微,热氧化起主要作用.     

C/C基体上ZrB2/SiC复合涂层的抗烧蚀性增强方法

研究高压热流场景下，在碳/碳(C/C)基体表面Zr B2/Si C复合涂层的抗烧蚀性增强方法.在等离子体喷涂Zr B2/Si C复合涂层表面，采用CH3Si Cl3–H2–Ar系统，化学气相沉积(CVD)–Si C密封层.对Zr B2/Si C涂层与CVD–Si C密封层的结构演化、烧蚀性能与烧蚀机理进行了研究.结果表明：CVD–Si C密封层增强的Zr B2/Si C复合涂层经过两个600 s循环烧蚀后，仍然具备抗烧蚀性能，表面CVD–Si C由β相向α相转化.CVD–Si C密封层填充了等离子喷涂Zr B2/Si C复合涂层的空隙，限制了氧沿着涂层裂纹和孔洞向C/C基体扩散，进而提高了抗烧蚀性.     

氧化铝纤维增强铝硅基复合材料活塞烧蚀性能

为了研究氧化铝纤维增强铝硅基复合材料活塞的烧蚀性能,对氧化铝纤维及复合材料进行了性能测试及分析.利用所建的烧蚀试验装置测试了复合材料试件的烧蚀性能,并对复合材料的烧蚀机理及烧蚀模型进行了探讨.最后通过建立活塞的有限元模型,分别对铝硅合金活塞和复合材料活塞进行了烧蚀预测计算和对比研究.结果表明:氧化铝纤维增强铝硅基复合材料具有致密的网络结构和较大的高温强度,在高温高速气流的冲击下,仍能使材料整体保持很好的结构,材料的线烧蚀量和质量烧蚀量较小;复合材料的烧蚀机制是熔化烧蚀和气流剥蚀的共同作用;所建烧蚀模型及有限元计算方法可以很好地对活塞的烧蚀进行预测,在相同工况下,氧化铝纤维增强铝硅基复合材料活塞的烧蚀量与铝硅合金材料相比非常小,是活塞理想的材料.     

ZrC质量分数对C/C-ZrC复合材料力学性能的影响

采用基体改性技术将ZrC引入C/C复合材料中,制备一种新型的C/C-ZrC复合材料.利用X线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究材料的形貌和结构,并采用三点弯曲试验研究材料的力学性能,讨论ZrC质量分数对复合材料断裂行为的影响.研究结果表明:引入的ZrC主要以纳米颗粒的形式分布在材料中;随着ZrC质量分数的升高,C/C-ZrC复合材料抗弯强度逐渐降低,当ZrC质量分数为36.64％时,C/C-ZrC复合材料断裂过程中发生脆性断裂,材料断裂模式转变的原因主要与ZrC质量分数升高引起的纤维损伤及石墨化度提高综合作用有关;经2 000℃的石墨化处理后,断裂过程中材料的脆性行为变得更加明显.     

旋转碳颗粒对端头帽烧蚀的影响

碳/碳复合材料在强激波作用下出现烧蚀与剥蚀,剥蚀下来的碳颗粒由多种因素(如几何形状、速度梯度等)引起旋转.根据气动热力学、传热传质学、N-S方程,分析了战略导弹再入时端头帽烧蚀与碳颗粒的旋转效应,研究结果表明碳颗粒的旋转有利于防热.     

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

Influence of applied load on wear behavior of C/C-Cu composites under electric current

Using carbon fiber needled fabrics with Cu-mesh and graphite powder as the preform, Cu mesh modified carbon/carbon(C/C-Cu) composites were prepared by chemical vapor deposition (CVD) with C3H6 and impregnation-carbonization (I/C) with furan resin. C/C composites, as a comparison, were also prepared. Their microstructures and wear morphologies were observed by optical microscopy (OM) and scanning electron microscope (SEM), respectively. Wear behavior of C/C and C/C-Cu composites under different applied loads were investigated on a pin-on-disc wear tester. The results show that Cu meshes are well dispersed and pyrolytic carbon is in rough laminar structure. Both C/C and C/C-Cu composites had good wear properties. The current-carrying capacity of C/C-Cu composites increases and the arc discharge is hindered as the applied load increases from 40 N to 80 N. Both C/C and C/C-Cu composites had good wear properties. The mass wear rate of C/C-Cu composites under 80 N was only 4.2% of that under 60 N. In addition, C/C-Cu composites represent different wear behaviors because wear mechanisms of arc erosion, abrasive wear, adhesive wear, and oxidative wear are changing under different applied loads.     

三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿特性

为了研究三维编织复合材料的吸湿行为,利用树脂传递模塑（RTM）工艺制备了三维编织炭纤维增强环氧树脂（C3D／EP）复合材料．通过吸水实验,研究了该材料的吸湿规律、温度对吸湿的影响以及吸湿过程中复合材料力争陛能的变化．结果表明：C3D／EP复合材料吸湿初期符合Fick扩散定律,但整个吸湿行为可用Sigmoidal曲线来描述;温度可加速C3D/EP复合材料的吸湿速率,并使平衡吸湿量提高;在吸湿过程中,C3D／EP复合材料的弯曲强度随吸湿时间的延长而下降,先快后慢,与吸湿曲线相对应,而且温度越高,下降越明显,表明吸湿量的大小决定了力学性能的降低程度．     

小型等离子体多相流模拟烧蚀系统的构建与运用

在高超声速飞行器的研制过程中,热防护技术是急需攻克的关键问题之一。在热防护材料研发的初期和中期,通过模拟烧蚀试验可大大加快材料配方筛选与工艺优化进度、降低成本。针对高超声速飞行器热防护材料的使用要求,提出了基于小型等离子体多相流的模拟烧蚀试验方法;基于自动化技术开发了参数精确控制的模拟烧蚀试验系统;该系统可产生高焓、高温和高热流密度的等离子射流,射流中可注入固相粒子,模拟高超声速飞行器飞行过程中的热力环境。在此基础上,运用测量表征与数值计算相结合的手段研究了系统流场特性,为试验参数的选取与优化提供了理论依据。最后,运用系统对某型三维四向C/C复合材料进行了耐烧蚀性能测试和分析。结果表明,该试验系统可为热防护材料的配方筛选、热结构部件的优化设计和性能评价提供实用可靠的途径。     

准三维C/C复合材料的压缩性能及其破坏机理

以炭纤维针刺毡为预制体,分别采用CVI法和CVI与结合液相法相结合的方法制备热解炭、树脂炭和沥青炭基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的压缩性能及其破坏机理。研究结果表明:压缩强度随致密度提高而增大;炭基体对压缩强度的影响从大到小依次为CVI炭,树脂炭和沥青炭;树脂炭的垂直压缩强度与CVI炭的垂直压缩强度相近,两者都高于沥青炭;3类基质炭试样的压缩破坏均表现为韧性断裂方式,其中平行压缩主要以分层劈裂的方式破坏,致密度较低的试样垂直压缩呈现出压溃破坏,致密度较高的试样垂直压缩表现为剪切破坏或分层破坏。     

碳纤维/环氧树脂复合材料在爆炸冲击下的微损伤分析

采用光学显微镜和 JEM- 6 30 1F场发射扫描电镜 ,观察了多向编织碳纤维 /环氧树脂复合材料在不同载荷下的断口和微损伤形貌 ,并分析其破坏形式和损伤过程。目的是为复合材料的结构设计和制造提供依据。实验结果表明 :低速加载下断裂过程依赖于应力的传递特性 ,表现为脆断 ,纤维断裂主要是由纤维表面缺陷引起的。在爆炸冲击下 ,试件碎裂区纤维呈现出剪切断裂和脱粘拔出 ,纤维间树脂呈层状或河流状花样 ;爆炸产生的复杂应力将首先择优作用于编织束界面上 ,形成沿束界面扩展的裂纹     

高导热碳/碳复合材料的制备

以中间相沥青和中间相沥青基碳纤维为原料, 采用碳布热压法、液相浸渍法制备了二维和三维高导热碳/碳复合材料, 且所制得复合材料的热导率分别高达443和340 W/(m·K). 依据碳/碳复合材料的热导率模型, 分析了不同结构特征参数对材料热导率的影响. 结果表明, 基体碳热导率、孔隙率以及界面相厚度均会在一定程度上影响材料的导热性能.