超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的研究进展

超高温复合材料的制备技术是制约新一代航天器发展的一项重要技术,为此近年来国内外积极研制耐超高温、抗烧蚀甚至零烧蚀的复合材料。概述了应用于航天领域的高温热结构复合材料C/SiC和超高温陶瓷材料的研究进展,综述了超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的改性机理及制备方法,最后提出了今后研究的重点。     

C/C复合刹车材料防氧化涂层的性能

以氯化锌、磷酸、磷酸盐等为原料研制一种新型改性磷酸盐涂料,利用扫描电镜观察涂层C/C复合材料试样氧化前后微观结构形貌的变化,并对比研究改性前后磷酸盐涂料及以硅、硼为主的多组分陶瓷涂料涂层试样的静态防氧化性能、热震性能.结果表明:在500℃氧化100h,这三种涂层均具有良好的氧化防护性能,涂层试样最大失重率仅为1.25%;在700℃氧化30h,以及经过"900℃、3min<=>室温、2min 30次"→"1100℃、3min<=>室温、2min 10次"的连续热震实验,改性磷酸盐涂层试样的氧化失重率均最小,分别为1.76%和1.98%,远优于另外两种试样.改性磷酸盐涂料具有优异的防氧化性能和抗热震性能.     

两种沥青炭微观结构和性能的对比研究

将高温煤沥青和浸溃荆沥青在92MPa下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理；测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率、比表面积（SBET）；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了所得沥青炭的显微结构；利用X射线衍射方法（XRD）检测了所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度；测试了所得沥青炭的氧化性能；测试了沥青炭试样的比热容、导热系数、热扩散率和线膨胀系数。结果表明：在92MPa下，两种沥青炭有着相近的密度和开孔率；浸渍剂沥青炭的SBEt高于高温煤沥青炭；浸渍荆沥青炭为流线型结构，高温煤沥青炭为镶嵌型和域型并存的结构；流线型结构沥青炭石墨化度较高；高温煤沥青炭的抗氧化性能要好于浸溃荆沥青炭；随着沥青炭石墨化程度的增大，比热客、导热系数、热扩散率都增大，而线膨胀系数减小。     

不同炭化压力下沥青炭结构特性的研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理；测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了所得沥青炭的显微结构；利用XRD检测了不同炭化压力所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度。结果表明：随着炭化压力的增大．沥青炭的体积密度增大而开孔率减小；随着炭化压力的增大沥青炭显微结构有从流线型向镶嵌型和域型转变的趋势：流线型结构沥青炭石墨化度较高；沥青中QI组分也会影响沥青炭的显微结构。     

用人工神经网络预测混杂复合材料混杂效应

本研究建立一个二输入单输出的BP人工神经网络模型，并用QBASIC语言编制了相应的软件。利用该神经网络模型对混杂效应与混杂比及分散度系数间关系进行了预测。研究结果表明，网络经过61223次的迭代，预潮值误差为0．12％，具有很高的预测精度，可用于混杂复合材料混杂效应的预测。     

ICT技术测试炭/炭复合材料内部密度分布

利用工业计算机辅助层析成像技术(ICT)对不同尺寸的炭/炭复合材料进行了断层摄像试验,发现该技术能真实地反映材料内部的实际密实情况.利用ICT图像给出的相关数据,经过一系列计算,得出材料内部各处的密度值,该方法比传统的排水法所得的结果精确,而且无需从制品中取样,节省了材料和时间.ICT技术有望用于其它复合材料的密度测试.     

热处理温度对碳纤维增强碳复合材料摩擦学性能的影响

釆用MM-1000型摩擦试验机,对化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)并经不同热处理温度制备的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料进行模拟飞机正常降落制动试验.通过扫描电镜对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察;测试了不同热处理温度下样品的硬度和石墨化度,并对摩擦机理进行了初步的分析.结果表明:随热处理温度升高(1 600～2 600 ℃),材料的石墨化度升高,硬度降低,磨损减小;摩擦系数先增加后减小,在2 200 ℃左右出现峰值(0.42);刹车时间随摩擦系数增大而缩短,在2 200 ℃处理时,刹车时间最短.C/C复合材料的磨损属磨粒磨损类型,硬质磨粒主要为CVI无定形碳颗粒,摩擦面微观形貌呈现典型犁沟条纹.适当石墨相在磨损过程中由于它的柔软性,增加了摩擦有效接触面积,提高了摩擦系数;过多石墨相的自润滑性,降低了摩擦系数,同时,石墨相改善了材料的耐磨性.     

裂解升温速率对C／C—SiC复合材料性能的影响研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/C-SiC复合材料,研究了先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学和抗氧化性能的影响。结果表明:以较低的裂解升温速率制备的C/C-SiC复合材料的力学和抗氧化性能较好。采用20℃/h裂解升温速率制得的C/C-SiC复合材料的弯曲强度达278 MPa,在1400℃氧化2 h后,失重率为3.1%。     

喷管炭-炭材料出口锥预制体技术

介绍了喷管炭/炭材料出口锥(CCEC)预制体结构的设计原则、3种预制体成型技术,并简要讨论了预制体结构对炭/炭出口锥材料性能的影响.预制体结构设计须依据喷管工作条件,满足性能稳定、结构稳定、工艺易实现性原则;三维结构和非织造结构比二维结构预制体纤维含量高、性能更优,适合喷管出口锥的预制成型;预制体的结构均匀性、纤维含量是影响CCEC烧蚀性能的关键参数;可通过建立CCCs宏观力学性能与预制体细观结构参数之间的模型预测其结构性能.     

难熔金属炭化物改性基体对炭/炭复合材料抗氧化性能的影响

主要对难熔金属改性炭基体的炭／炭复合材料的抗氧化性能进行了较深入的研究。实验的结果表明，在以中间相沥青为基体先驱体、以PAN—CF为增强体的炭／炭复合材料中，采用Ti、W、Zr、Ta、等过渡区金属化合物为添加剂，以Co、Ni为助液相烧结剂，以TiCl4、ZrOCl2等为助炭化剂，通过在材料的内部生成多元金属炭化物，形成一种内部的多层次梯度防护体系，较大幅度地提高了炭／炭材料的抗氧化性能，实现了在改性剂添加量2％-3％的情况下，炭／炭材料氧化失重率下降超过80％，在1100℃小情况下，材料氧化失重小于5％的良好效果。