高强度—中密度纳米孔树脂基防隔热复合材料的制备与性能

针对新一代航天器长时防隔热-高气动剪切的防热需求,以杂化酚醛树脂为基体、纤维布/纤维网胎逐层针刺结构为增强体,通过溶胶-凝胶工艺,制备出一种中密度-高强度-防隔热一体化的纳米孔树脂基复合材料(IPC-90),系统研究了石英纤维(QF/IPC-90)和碳纤维(CF/IPC-90)对复合材料的微观结构、力学性能、静态隔热和烧蚀性能的影响,探讨了其在低-中-高温度下的烧蚀机制。结果表明：纤维布的引入使IPC-90具有优异的力学性能(拉伸曲强度>120 MPa,弯曲强度>90 MPa);纳米孔基体和纤维网胎的引入使IPC-90在中密度(～0.95 g/cm³)下具有较低的热导率(室温热导率依次为0.089 W/(m·K)和0.120 W/(m·K))。在1 000℃静态隔热试验中,两种材料均展现了较好的热稳定性和抗氧化性,其等效热导率分别为0.142 W/(m·K)和0.186 W/(m·K)。在2 000℃以下氧-丙烷烧蚀试验中,QF/IPC-90和CF/IPC-90的烧蚀主要由基体热解、炭化收缩引起,其1 600℃下的线烧蚀率依次为0.0208 mm/s和...     

碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料的制备

以3D打印多孔PLA结构为模板,采用聚碳硅烷先驱体浸渍裂解法(PIP),在1 250℃,氩气氛围下烧结得到碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料。采用XRD、SEM和万能力学试验机等对碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料进行了表征。结果表明,由β-SiC和C两种晶相组成,随着3D打印件的骨架直径增大,所制备的3D-Cf/SiC多孔陶瓷复合材料的孔隙率逐渐减小,而其表观密度、骨架密度、压缩强度、导热系数逐渐增加;当3D打印件的骨架直径从1.0mm增加到2.5mm时,3D-Cf/SiC的孔径从1.0mm增加到2.5mm,孔隙率从63%增加到82%,表观密度和骨架密度分别从0.85g/cm3降低至0.45g/cm3,1.52g/cm3降低至0.92g/cm3,压缩强度从8.00 MPa降低至4.20 MPa,导热系数从2.00 W/(m·K)降低至1.20 W/(m·K)。     

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况.对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试.结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3 W/(m*K),氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s.通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优.     

多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料高温压缩性能及损伤机制

低密度烧蚀防热材料是航天飞行器热防护系统的关键候选材料,其高温力学性能是热防护结构在气动热载荷下结构完整性的关键。本文针对多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料开展高温压缩性能实验,获得了其压缩强度随温度的变化规律,结合热重、SEM分析了力载荷、热解及氧化反应对压缩强度的影响,揭示了软相碳层弥合和纤维脱黏、拔出两种韧化机制,为多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料在热防护系统的工程应用提供实验数据支撑。      

加热条件对炭泡沫材料孔结构和性能的影响

以AR沥青为原料,利用高压釜在不同恒温条件下制备了炭泡沫,并测定了其孔结构、体积密度、显气孔率、压缩强度、常温热导率以及微晶参数.结果表明:相对于短恒温时间,长恒温时间制得的炭泡沫孔径大(412nm)、显气孔率高(83.82%)、体积密度小(0.34g/cm~3)、压缩强度高(4.92MPa),多孔连通结构更丰富.经过石墨化处理后,石墨泡沫呈现出较高的常温热导率(71.34W/(m·K))和较小的层片间距d_(002)(0.33556nm).石墨泡沫的常温比导热率能达到210(W·(m·K)~(-1)) /(g·cm~(-3)),是铜的5倍,铝的4倍.     

利用建陶工业污泥烧制多孔陶瓷材料试验研究

研究了以建陶工业的污泥为主要原料,混合部分粘土质原料和熔剂性原料,其制作工艺简便,在1200℃下烧制得到具有良好的力学性能和隔热保温性能轻质多孔陶瓷材料.主要研究并确定材料最佳配方以及材料各种性能的初步测试.研究结果表明:该轻质多孔陶瓷材料的气孔呈闭口圆形、平均孔径0.3mm,体积密度4.6 g/cm3～6.5g/cm3,抗压强度9 MPa～12MPa,导热系数0.121 W/(m·K),隔音量26 dB～32 dB.     

碳-高硅氧纤维增强C-SiC防热隔热一体化材料

制备了一种新型的防热隔热一体化材料碳高硅氧纤维增强C-SiC复合材料，沿厚度方向从抗烧蚀层渐次过渡到隔热层，其组成依次是致密C／C—SiC，致密C／C，多孔C／C，通过界面处过渡到变密度多孔HSF／C．这种材料既具有抗烧蚀性能又具有隔热性能．C／CSiC复合材料的烧蚀表面平滑，线烧蚀率只有0．028mm／s．烧蚀性能的提高得益于SiC颗粒原位氧化生成SiO2黏附在碳材料表面，对氧气有一定的阻挡遮蔽作用。密度为0．80g／cm^3的HSF／C材料，热导率为0．59W／mK．在碳纤维与高硅氧织物的界面处，针刺纤维与热解碳的结合良好，密度为1．69g／cm^3的C—HSF／C复合材料界面处的剪切强度达到16．7MPa．     

高温处理温度对中密度C/C复合材料性能的影响

研究了中密度(1.45～1.55g/cm3)针刺C/C复合材料分别经过1800℃、2000℃、2200℃高温处理后的热学和力学性能变化.随着处理温度的升高,材料的径向压缩强度逐渐降低,1800℃处理后材料的轴向压缩强度高于未处理试样.室温拉伸强度随处理温度的升高而增大,高温拉伸强度则随处理温度的升高而降低,未处理试样高温拉伸强度达到94.7MPa,2200℃处理后只有65.6MPa,但仍高于室温拉伸强度(50MPa左右).不同温度处理后材料的高温轴向弯曲最大载荷应变和模量趋于一致,而室温测试结果随着处理温度的升高而降低.轴向拉伸模量和延伸率随温度变化的规律性则不强.材料的轴向热膨胀系数随处理温度的升高而降低,但变化幅度不大,室温至1000℃线胀系数为(1.5～2.0)×10-6/℃.未处理试样和1800℃处理试样的径向导热系数相当,1000℃时约为11W/(m·K),2000℃和2200℃处理试样的导热系数相当,1000℃时约为15W/(m·K).与1800℃处理后薄壁构件的变形性相比,2200℃处理构件变形大,出现不等量变形现象.     

玻璃纤维的预处理及含量对硅质隔热材料性能的影响

以玻璃纤维、气相法白炭黑、TiO_2及结合剂为原料,采用干法成型工艺制备了玻璃纤维增强硅质隔热复合材料,系统研究了玻璃纤维预处理技术及其含量对材料导热性能及力学性能的影响,并且观察了其微观形貌。结果表明,纤维表面预处理可有效提高其在基体中的分散性,改善其与基体的界面粘结性;纤维最佳含量为20%;在200℃、500℃和900℃时其热导率分别仅为0.029W/(m·K)、0.033 W/(m·K)和0.043W/(m·K),耐压强度为1.38MPa;与未添加纤维的硅质隔热材料相比,热导率降低21%～28%,耐压强度提高了116%。     

SiO2掺杂99BeO陶瓷的微观结构与性能

采用固相法制备99BeO陶瓷样品,系统研究了SiO2掺杂对99BeO高导热陶瓷微观结构及性能的影响。研究发现,随着SiO2含量的增加,99BeO陶瓷的抗折强度、密度、导热率以及电学性能均呈较明显的单峰分布。当SiO2掺杂量为0.8%(w)时,可获得性能优良、结构致密的高导热陶瓷,其抗折强度为248 MPa,密度为2.957 g/cm3,导热率为303 W/(m.K)。