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。     

C/C复合材料飞机刹车盘的结构与性能

采用企业、行业及国家相关标准的试验方法，对超码复合材料公司，英国Dunlop公司，法国CarbonIn-dusty公司，美国B．F．Goodrich、ALS公司等生产的9种C／C复合材料飞机刹车盘的物理、力学、热学、摩擦磨损的性能特征，以及中南大学生产的C／C复合材料刹车盘的有关性能，进行了对比分析。结果表明，选择适宜的炭纤维预制体结构，控制热解炭基体微观结构为光学粗糙层结构，合理的热处理温度是获得高性能炭刹车盘材料的关键。我国拥有自主知识产权研发的大型民机炭刹车盘在高摩擦特性方面获得了重大突破，已用于波音757—200型飞机，实现了国内C／C复合材料具有里程碑意义的第四个重大突破。     

径棒法编织C/C复合材料高温拉伸性能研究

采用化学气相沉积、沥青浸渍-高压碳化混合致密工艺向径棒法编织的预制体内引入基体碳,实现高密度(≥1.94g/cm3)炭/炭复合材料制备。利用快速通电加热测试技术,模拟C/C复合材料的高温工作环境,研究不同温度下材料的环向拉伸性能。结果表明:在2 300℃时,材料拉伸强度最大(80.3 MPa),断裂应变随着温度的升高而增加。采用扫描电镜对试样及断口形貌进行观察,发现测试温度、机加损伤及试样过渡区应力集中影响材料断裂特征。温度为1 800℃、2 300℃时材料在过渡区断裂;温度为2 800℃时,材料在标距区发生破坏,纤维与基体界面结合强度低,纤维拔出多,表现出假塑性断裂特征。     

沥青基C／C复合材料的致密效率研究

以高温煤沥青为浸渍剂，国产PAN基炭纤维编织的轴棒法预制体为增强材料，采用浸渍炭化致密工艺制备了沥青基炭／炭（C／C）复合材料，考察不同制备步骤下预制体致密效率的变化情况，并用扫描电子显微镜观察了C／C复合材料及基体炭的微观形貌。研究表明，随循环次数的增多，材料密度逐渐增大，密度增量逐渐减小；中间石墨化处理略微降低材料...     

4D炭/炭复合材料试样尺寸对剪切性能的影响

以4D炭/炭复合材料为研究对象,对不同尺寸规格冲剪试样和三点短梁压剪试样进行了剪切性能测试,分析了试样尺寸对剪切性能的影响。研究表明,试样的尺寸规格对其剪切性能有着显著影响。对于冲剪试样,Φ50mm×4mm试样剪切强度测试值高于Φ50mm×6mm试样,Φ50mm×4mm试样呈韧性断裂特征;Φ50mm×6mm试样呈脆性断裂特征。对于三点短梁压剪试验,在所用的各尺寸规格试样中,40mm×6mm×6mm试样采用26mm跨距时,测试数据的离散性最小。     

新型针刺炭布C/C复合材料的结构与性能

采用炭布与预氧丝网胎交替叠层针刺成预制体,经ＣＶＩ与ＨＰＩＣ相结合的致密工艺及石墨化处理制取高密度（１．８０ｇ／ｃｍ＾３～１．８５ｇ／ｃｍ＾３）Ｃ／Ｃ复合材料。所及材料的微观结构,力学、热学和烧蚀性能均达到国际同类刹车盘Ｃ／Ｃ材料的先进水平,是一种有广阔应用前景的烧蚀分离燃气舵材料。     

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。     

几种喉衬材料断裂韧性的比较

测试了几种石墨、毡基C／C、多维编织C／C及石墨渗铜材料的断裂韧性，定性地比较了它们之间的抗断裂能力，并对材料的微观结构和断裂机理作了简要的分析。石墨渗铜材料的断裂韧性与高强石墨相比基本相当，主要是由于铜相与石墨结合强度低而未能发挥铜相增韧的作用。毡基C／C材料的断裂韧性明显优于石墨渗铜材料和石墨，以两种不同基体炭为基体的毡基C／C的KIC值基本相同。多维编织C／C材料中纤维含量及分布与材料的断裂性能密切相关。     

轴棒法混编4D 炭/炭复合材料喉衬研究

采用轴棒法软硬混编4D预制体，经高压沥青浸渍炭化致密化工艺(HIPIC)，制成高密度(1．93～1．94g／cm^3)4D炭／炭喉衬材料。其抗烧蚀性能比径棒法4D炭／炭喉衬材料提高了20％～50％，并具有低成本的突出特点，为高工作压强、大流量的SRM喷管提供了一种低成本的喉衬材料。     

SiO_2/SiO_2陶瓷复合材料弯曲性能的研究

以2.5D石英纤维编织体、硅溶胶等为原料,采用溶胶-凝胶的方法制备了SiO2/SiO2复合材料。研究了热处理温度、钝化工艺对SiO2/SiO2复合材料的弯曲性能的影响,并研究了材料在RT~1000℃的弯曲性能及其影响因素。试验证明,当热处理温度为650℃时,材料力学性能最佳;试样经钝化工艺处理后,材料弯曲强度提高17%;SiO2/SiO2复合材料的高温弯曲性能在600~800℃出现拐点,拐点与熔融态的二氧化硅自愈合有关,800℃以后,材料的弯曲性能下降。