细编穿刺碳/碳复合材料等离子火炬高温烧蚀性能研究

采用等离子火炬作为高温热源，研究了细编穿刺碳／碳复合材料高温烧蚀性能。研究结果表明：随着烧蚀区域从火焰中心到边缘的变化，材料的烧蚀特性从中心区域的以热力学烧蚀为主向靠近边缘区域的以热化学烧蚀为主过渡；碳基体和碳纤维的抗热力学烧蚀性能相当，而抗热化学烧蚀和抗氧化性，碳纤维则明显优于碳基体。     

金属粉体对细编穿刺织物的损伤及其微观形态的研究EI

在C/C复合材料中引入难熔金属化合物,可进一步提高C/C材料超高温抗烧蚀性能,采用细编穿刺工艺成型含金属粉体织物,是制备低烧蚀C/C复合材料一条新的技术途径.讨论了添加金属粉体对细编穿刺织物的性能影响,在碳布和碳纤维中引入纳米、微米级粒径粉体,对碳布和碳纤维进行测试,分析了不同粒径粉体对碳布和碳纤维在工艺过程中损伤情况的影响.并对其进行了分散形貌和微观形态的分析.展示了纳米级粉体引入细编穿刺织物的良好前景.     

金属粉体对细编穿刺织物的损伤及其微观形态的研究

在C/C复合材料中引入难熔金属化合物,可进一步提高C/C材料超高温抗烧蚀性能,采用细编穿刺工艺成型含金属粉体织物,是制备低烧蚀C/C复合材料一条新的技术途径.讨论了添加金属粉体对细编穿刺织物的性能影响,在碳布和碳纤维中引入纳米、微米级粒径粉体,对碳布和碳纤维进行测试,分析了不同粒径粉体对碳布和碳纤维在工艺过程中损伤情况的影响.并对其进行了分散形貌和微观形态的分析.展示了纳米级粉体引入细编穿刺织物的良好前景.     

超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究

通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳/碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳/碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2 500℃,600 s烧蚀后烧蚀量仅为碳/碳复合材料的1/5,给出了超高温本体抗氧化碳/碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。     

喷管热环境对碳基材料喉衬烧蚀率的影响

采用装有羟基聚丁二烯(HTPB)与高能推进剂的多种规格固体火箭发动机,对工程应用的5种炭/炭(C/C)复合材料和2种石墨喉衬进行地面点火试验。揭示碳基材料喉衬烧蚀率与喷管热环境的燃气特性、燃烧室压强,以及材料本体特性等三要素的关联度,并与其他国家同类型材料进行了对比。结果表明,喷管热环境的燃气氧化性组分浓度和燃烧室压强对碳基材料喉衬烧蚀率有较大影响。压强是影响烧蚀率的第一要素,压强增加1倍,烧蚀率增大1. 8～2. 6倍;燃气氧化性组分浓度是影响烧蚀率的第二要素,HTPB H_2O的摩尔浓度比高能推进剂高1. 26倍,因而烧蚀率增大51. 6%～65. 1%。在碳基材料喉衬中烧蚀率最低的是热解石墨;其次是整体毡C/C、针刺炭纤维C/C、轴编4D C/C、绕纱(穿刺) 3D C/C及T705石墨等处于同一水平;而径编4D C/C喉衬烧蚀率偏高。整体而言,中国碳基喉衬材料与其他国家同类材料相比,其烧蚀率基本相当或略优。     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

不同预制体结构炭/炭复合材料烧蚀性能

采用电弧驻点烧蚀实验方法, 测试了分别以细编穿刺毡和针刺无纬布整体毡为增强体的2种C/C复合材料的烧蚀率, 并用电子扫描显微镜观察了烧蚀表面形貌。结果表明: C/C复合材料的烧蚀由化学烧蚀和机械剥蚀共同控制, 以机械剥蚀为主; 细编穿刺毡结构C/C复合材料由于Z向纤维束的存在, 加速了材料烧蚀表面粗糙度的变化, 烧蚀率略高于针刺无纬布整体毡结构C/C复合材料; 针刺无纬布整体毡结构C/C复合材料中无纬布层与烧蚀气流垂直, 具有良好的烧蚀性能。      

碳/碳-碳化硅复合材料制备及性能研究

为了提高航母舰载机燃气导流板的性能,对碳/碳-碳化硅(C/C-SiC)复合材料开展制备和性能研究。采用轴棒法编制预制体,采用化学气相渗透工艺制备试件。将试件在舰载机的尾流中做模拟起飞工况的飞行试验。采用电子天平和千分尺测量试件的烧蚀率,采用能谱分析测量燃烧产物的成份,采用扫描电镜观察试件烧蚀后的微观形貌的变化,并对试件的烧蚀机理进行分析。结果表明:试件的质量烧蚀率为0.0405 g/s,线烧蚀率为0.0488 mm/s;试件中SiC在高温下反应生成的SiO_2在碳纤维的周围沉积,形成了包鞘结构,有效地阻滞了氧化反应向内部继续传递,从而降低了试件的烧蚀率,材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。     

碳／碳复合材料的性能,制法和应用进展

碳/碳复合材料是以碳为基体的碳纤维增强材料。它是六十年代发展起来的、当今最理想的耐高温材料。这类复合材料兼备有碳的惰性和碳纤维的高强度,在高达3000℃的条件下,其他材料早已被融掉,而 C/C 复合材料依然能保持自己的强度。C/C 复合材     

EPDM/NBR/碳布复合绝热层研究

采用三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)及碳纤维布进行复合绝热研究,提高了绝热层基材的耐烧蚀抗冲刷性能,通过进一步使用耐烧蚀纤维填料及耐烧蚀中空微球填料,并借助阻燃剂、补强剂等功能助剂的作用,研制出综合性能良好的EPDM/NBR/碳布复合绝热层;绝热层密度≤1.08g/cm3,绝热层线烧蚀率0.03mm/s,通过某型号冲压发动机地面静止实验30s考核。     

烧蚀型面结构对CVI+HPIC工艺制备针刺C/C喉衬等离子烧蚀性能的影响

以碳纤维无纬布/碳纤维网胎叠层针刺预制体为增强体, 经化学气相渗透(CVI)联合沥青高压碳化(HPIC)工艺制备了热解碳+沥青碳双元基针刺C/C喉衬材料, 利用X射线断层扫描(μ-CT)和扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构, 采用等离子烧蚀试验考察了针刺喉衬材料X-Y纤维铺层面(0°)、Z向针刺面(90°)以及两者间过渡层面(23°、45°和68°)的烧蚀性能。结果表明, 采用CVI+HPIC组合工艺能使针刺材料达到高致密态, 获得了孔隙率仅为4%的C/C材料, 材料内部孔隙呈离散态分布, 其中98%的孔隙为小于20 μm的小孔。烧蚀结果显示, 针刺C/C材料不同区域的烧蚀性能存在差异, 从X-Y层面(0°)到Z向针刺面(90°), 其耐烧蚀性能呈先增强后减弱的趋势, 68°层面耐烧蚀性能最好, 线、质量烧蚀率分别为0.056 mm/s、0.050 g/s。烧蚀面纤维的排布是影响烧蚀性能的关键因素, 68°层面因形成的尖端烧蚀模式占比较高, 表现出最佳的耐烧蚀性能。     

飞机刹车装置用的碳—碳复合材料的发展现状

碳纤维增强碳基体复合材料,简称碳——碳复合材料是为满足航天航空工业需要发展起来的一种新型高温结构材料。这种材料比强度、比模量和断裂韧性高,密度低。具有良好的抗热应力和热冲击性、抗烧蚀性、化学稳定性以及尺寸稳定性。五十年代末期开始把这种     

基于显微CT图像的细编穿刺碳/碳复合材料细观力学模型

针对细编穿刺碳/碳复合材料显微CT细观图像低对比度的特点,提出采用两步法筛选出纤维束和基体之间分界的灰度阈值,将原图像分别转化为纤维束和孔隙的二值图。再结合中值滤波、图像膨胀和腐蚀算法,消除噪声影响、光滑图像边界线。对处理后的细观图像进行统计,发现基体孔隙率满足正态分布,X向和Y向纤维束局部弯曲度分别满足正态分布和Laplace分布。在此基础上建立了包含上述典型细观特征参数的力学模型,预测的拉伸模量和剪切模量满足Laplace分布,泊松比满足正态分布。实验验证了模型预测的拉伸模量分布规律。     

电耦合CVI制备穿刺C/C喉衬材料的微结构及性能

采用电耦合化学气相渗透（CVI）联合树脂浸渍碳化工艺制备了穿刺碳纤维预制体增强C/C喉衬材料,利用μ-CT表征了穿刺C/C材料增密不同阶段孔隙尺寸,研究了该材料2 800℃拉伸性能和缩比固体发动机烧蚀性能。结果表明,电耦合CVI增密后穿刺C/C喉衬材料孔隙主要存在于纤维束间,呈现空间联通的网状结构,树脂碳循环致密后材料内部仍残存少量体积0~0.08 mm³的微小孔隙,孔隙呈现孤立的点分布状态。穿刺C/C材料2 800℃拉伸强度略高于室温,断裂应变比室温提高118%,表现出优异的非线性断裂行为。穿刺C/C喉衬缩比固体发动机点火试验后线烧蚀率0.077 mm/s,喉衬不同区域的烧蚀机制有一定差异,喉衬收敛段穿刺纤维束承受驻点烧蚀,产生蜂窝状烧蚀凹坑,烧蚀较严重,喉部和扩散段烧蚀较为平滑。     

高性能二维碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能热结构复合材料,以国产T300碳纤维为原料,通过碳布预浸料交替铺层热压及液相浸渍裂解工艺方法制备了一系列二维碳/碳复合材料,并对二维碳/碳复合材料的微观结构特征、力学性能及烧蚀性能进行了测试与分析。研究结果表明:碳布规格及制备工艺对二维碳/碳复合材料力学性能有较大影响,当碳布规格选用八枚缎纹、经过碳化预处理且高温处理温度达到2 300℃时,二维碳/碳复合材料表现出较好的综合性能,拉伸强度和层间剪切强度的最大值分别高达301 MPa和12.4 MPa,达到了国际先进水平;在模拟典型服役环境考核状态下,制备的不同规格二维碳/碳复合材料的烧蚀性能基本相当,均未出现由于层间强度偏低而发生的烧蚀揭层现象,表现出较好的烧蚀均匀性和结构可靠性。      

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响EI北大核心CSCD

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。     

纤维取向对碳/碳复合材料摩擦磨损性能影响

本文研究了碳纤维取向对碳/碳(C/C)复合材料摩擦磨损性能的影响,通过对二向、三向C/C复合材料结构分析和摩擦试验表明:二向C/C复合材料中的碳纤维有时单根、有时呈现一小束被沉积碳包围,材料的刹车初始力矩峰值较低,摩擦系数小,但磨损率大;三向C/C复合材料中每根碳纤维被沉积碳包围,材料的刹车力矩曲线平稳,摩擦系数稍大,磨损率小.     

碳基/羰基铁复合吸波材料的研究进展

碳基/羰基铁复合吸波材料结合了各自优势,具有独特的物理化学特性和良好的吸波性能,成为近年来研究热点之一。本文结合国内外最新研究成果,介绍了羰基铁吸波剂自身改性的研究现状,将碳基/羰基铁复合吸波材料的研究成果系统归纳为6大类,即石墨烯/羰基铁复合吸波材料、碳纳米管/羰基铁复合吸波材料、碳纤维/羰基铁复合吸波材料、炭黑/羰基铁复合吸波材料、石墨/羰基铁复合吸波材料以及其他碳材料与羰基铁的复合吸波材料,并进行了详细介绍。最后,指出了碳基/羰基铁复合吸波材料未来研究亟待解决的性能调控和轻量化等问题,展望了其在宽频隐身等方面的发展前景。     

碳基复合材料烧蚀性能研究

利用以星型交流电弧加热器为核心的地面模拟系统对碳基复合材料再入过程中的烧蚀性能进行了模拟,并通过材料表面温度测量、图像采集和发射光谱在线检测等手段对烧蚀过程实时监测,为确定碳基复合材料的烧蚀机理,表征材料使用性能及材料优化设计提供必要的理论基础.     

高导热碳/碳复合材料微观结构及导热性能EI北大核心CSCD

采用国产沥青基碳纤维与中间相沥青制备多孔碳/碳(C/C)复合材料,通过化学气相渗透法(CVI)与前驱体浸渍裂解法(PIP)复合工艺增密,经不同温度高温热处理(HTT)后制备单向C/C复合材料和两向正交C/C复合材料。利用SEM,XRD对不同温度热处理的材料进行微观结构分析,并结合导热机理,分析材料导热性能。结果表明:2300℃热处理后,高导热C/C复合材料结构致密,单向C/C复合材料X向(平行于碳纤维轴向)、两向正交C/C复合材料X向、Y向表现出优异的导热性能;3000℃热处理后,C/C复合材料石墨片层结构明显,石墨化度提高了18.84%,微晶尺寸增大,导热性能进一步提高。两向正交C/C复合材料X向、Y向导热系数可由单向C/C复合材料X向、Z向导热系数计算推导。