针刺预制体成型参数与C/C复合材料多目标力学性能响应模型研究

基于响应曲面法,采用Design-expert系统研究了预制体针刺成型参数与C/C复合材料多目标性能的相关性,构建了响应曲面数学模型。分析结果表明,针刺C/C复合材料的拉伸强度、剪切强度、压缩强度、增强预制体体密度、拉伸强度与剪切强度比值各响应模型的显著性水平P均小于0.05,且各复相关系数平方和均大于0.82,模拟值与实测值吻合程度较高,可应用于针刺C/C复合材料各项目标性能的设计与预测。当针刺密度为12.18针/cm₂、针刺深度11.68mm、网胎面密度90.55g/m₂时,增强预制体体密度可达0.42g/cm₃,针刺C/C复合材料的综合力学性能最佳,其拉伸强度为116.49MPa、弯曲强度21.84MPa、剪切强度19.41MPa、压缩强度160.88MPa。     

C/C复合材料拉伸强度与针刺成型参数相关性研究

采用Design-expert软件设计预制体不同针刺成型参数组合试验, 研究预制体针刺成型参数对针刺碳/碳(C/C)复合材料拉伸强度的影响, 并构建了响应曲面数学模型, 实现对针刺C/C复合材料拉伸强度的优化与预测, 其模型显著性P=0.0206, 各试验实测值与预测值相对误差≤10.82%, 模型具有较高的拟合度。响应曲面回归分析表明: 针刺深度对拉伸强度有极显著影响, 针刺密度对拉伸强度有显著影响, 在本研究的针刺成型参数取值范围内, 拉伸强度的预测区间为42.31~91.87 MPa。通过模型优化出的针刺成型参数组合为: 针刺密度11 pin/cm²、针刺深度 11 mm、网胎面密度50 g/m², 相应拉伸强度预测值为88.62 MPa, 验证值为90.71 MPa, 相对误差2.36%。     

致密工艺对炭布增强2D-C/C复合材料力学性能的影响

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭/炭(2D-C/ C)复合材料力学性能的影响,尤其是对层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明液相浸渍法增密周期短且致密效果好,但材料强度不高;而化学气相沉积(CVD)致密周期长,但材料层剪强度高;采用两种工艺联合致密,材料界面结合强度适中,且层剪强度高.     

酚醛及炭布／酚醛复合材料的热解行为

研究了高残炭率硼酚醛(mass＞70%)炭化时的线性收缩率及PAN基炭布增强酚醛层压板复合材料的自由热应变.结果表明,硼酚醛在430℃以前是膨胀行为,在280℃达到最大膨胀量1.8%,在800℃线性收缩率达11.3%.炭布增强酚醛层压板两个方向在570～580℃之间是零膨胀零应变,较纯酚醛推迟140℃左右.在面内(X-Y向),在220～500℃是一个膨胀平台,最大自由热应变是0.15%;1000℃最大自由热应变是-0.206%.而在厚度方向(Z向)450℃达到4.61%的最大正自由热应变,是X-Y向的31倍;1000℃最大自由热应变是-2.34%,是X-Y向的13倍.二维炭/酚醛复合材料在炭化时的各向异性收缩,将导致在材料中产生高的热应力,并可能导致分层.     

空间望远镜用C/SiC镜面研制综述

综述了空间望远镜的主镜用高强度、高表面精度、低热膨胀系数的低温（约4K）用镜面的制备和检测过程.日本将Φ710mm的高强度反应烧结SiC材料已用于红外望远镜镜面.在短切炭纤维增强C/C复合材料毛坯的基础上进行液相硅渗透（LSI）而制备的C/SiC复合材料在光学镜面方面具有更大的优势.通过提高C/C复合材料毛坯中沥青基炭纤维体积分数及控制硅化速度,可有效地提高LSI-C/SiC复合材料的机械性能和表面光学精度;通过不同规格的炭纤维的混杂化,可使C/SiC复合材料热膨胀系数的各向异性降低至小于4％的差异.SiC、Si-SiC浆料涂层处理可有效地提高表面精度至2 nm rms的极高要求.     

稀土镧催化热解二甲苯制备炭/炭复合材料的烧蚀与氧化性能

采用薄膜沸腾(CVI)法,以LaCl_3催化热解二甲苯、浸渍树脂及热处理后获得密度为1. 72～1. 73 g/cm3的炭/炭(C/C)复合材料。应用氧-乙炔火焰和静态空气氧化法测试材料的烧蚀与氧化性能,XRD、SEM研究烧蚀及氧化面的物相组成与形貌。结果表明,随着催化剂含量由0升高至15 wt%,材料的烧蚀和氧化失重率先减小后增大。高温氧化环境中表面形成的La_2O_3层可减缓材料的氧化,催化生长的纳米丝状碳增强了基体抗剥蚀能力,使得催化剂添加后材料的质量和线烧蚀率较未添加时分别降低7. 6%～15. 2%和10. 7%～20. 0%,氧化失重率减少17. 7%～38. 5%。催化剂含量6 wt%和10 wt%下材料的性能较佳;含量超过10 wt%后,基体中各向同性结构热解炭较厚,导致材料抗烧蚀氧化性能降低。热处理温度由1 800℃升高至2 250℃时,材料的抗烧蚀氧化性能提高。     

纳米涂料的研究进展

概述了纳米材料的特性及其在涂料中的应用;介绍了纳米涂料的制备及国内外的研究进展。     

针刺工艺参数对炭布网胎增强C/C材料力学性能的影响

采用机械针刺技术, 研究了针刺密度、针刺深度对原位针刺增强碳布网胎迭层预制体结构C/C材料力学性能的影响. 结果表明, 采用高的针刺密度和针刺深度参数, 可获得高的预制体密度和纤维体积分数, 针刺密度和针刺深度对材料层间剪切性能的影响程度比对压缩、弯曲性能的影响程度大, 采用一定密度的碳布网胎时, 在一定范围内, 提高针刺密度和深度能提高材料的力学性能,当针刺密度控制在20～50针/cm²、针刺深度控制在12～16mm时, C/C材料力学性能随两针刺参数值升高而提高; 当针刺密度控制在30针/cm²时, C/C材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到137.68、224MPa, 剪切强度达到15.5MPa, 针刺深度为12mm时, 材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到134.24、213.2MPa, 为较佳的针刺工艺参数.     

二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状

二维碳/碳复合材料以其优秀的力学性能和热物理性能，在火箭发动机喷管、航天飞行器热防护结构等领域得到广泛应用。针对二维碳/碳复合材料的服役工况需求，国内外研究主要集焦于二维碳/碳复合材料的力学性能及其影响因素，包括碳纤维、碳基体、纤维/基体界面及致密工艺等方面。本文综述了二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状，拟为进一步优化二维碳/碳复合材料力学性能提供参考。