ZrC-SiC-C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

以低密度C/C为坯体,采用前驱体浸渍裂解法(PIP)制备ZrC-SiC-C/C复合材料,研究其微观结构和烧蚀性能,并探讨其抗氧化烧蚀行为。结果表明:ZrC-SiC双元陶瓷相弥散分布于基体中,且各相界面结合良好;ZrC-SiC-C/C复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,经2 200℃/120s等离子体烧蚀后,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.67×10~(-4) mm·s~(-1)和6.04×10~(-4) g·s~(-1)。烧蚀温度为2 200℃时,材料表面形成的ZrO_2-SiO_2二元共熔体系氧化膜,有效抑制氧化性气氛向材料内部的渗透,减缓火焰对材料的剥蚀作用;烧蚀温度为2 500℃时,材料表面形成以表层为ZrO_2和底层为ZrO_2-SiO_2二元共熔体系的氧化膜,其中ZrO_2层阻挡热量向内部传递,有助于底层形成致密的氧化层。     

低密度酚醛树脂基热防护复合材料的制备及性能

烧蚀热防护是目前最成熟且应用最广泛的一种卫星再入防热措施。本工作以酚醛树脂为基体,加入固体填料(空心玻璃微球、空心二氧化硅微球及空心酚醛微球)及纤维(石英纤维、碳纤维)制成一种低密度酚醛树脂基烧蚀热防护复合材料,并通过抗弯和压缩强度测试,隔热测试,烧蚀测试等方法对复合材料的性能与组分配比的关系及复合材料的烧蚀机理进行了分析。对比力学性能、隔热性能及抗烧蚀性能发现,复合材料密度的提高以及碳纤维含量的提高有助于提升复合材料的综合性能,最佳配比为密度0.6 g/cm³、5%石英纤维+5%碳纤维。对比烧蚀前后的成分发现,酚醛树脂在高温下炭化后会与SiO₂反应生成SiC,有助于提升复合材料的抗烧蚀性能。     

ZrC-Cu-C/C复合材料的烧蚀性能及烧蚀机制

为了提高炭/炭(C/C)复合材料的耐烧蚀性能,以孔隙率为38%的C/C复合材料为坯体,Zr-Cu混合粉末为熔渗剂,采用反应熔渗法制备了ZrC-Cu-C/C复合材料。通过氧-乙炔焰烧蚀实验,研究了熔渗剂成分对复合材料高温耐烧蚀性能的影响。利用XRD、SEM和EDS对烧蚀前后ZrC-Cu-C/C复合材料的相组成和微观结构进行了分析。结果表明:ZrC-Cu-C/C复合材料烧蚀前主要存在C、ZrC和Cu相,有微量Zr残余;烧蚀20s后表面主要存在炭基体、ZrO_2、CuO、Cu_2O及残余的ZrC和Cu。随熔渗剂中Zr含量增加,复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均呈现先减小后增大的趋势,以60%Zr-Cu(质量分数)为熔渗剂制备的ZrC-Cu-C/C复合材料的抗烧蚀性能最佳,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0018mm·s~(-1)和0.0013g·s~(-1)。ZrC-Cu-C/C复合材料的烧蚀机制为以C的升华、ZrO_2的熔化及Cu的蒸发和汽化为主的热物理烧蚀、ZrC和C氧化的热化学烧蚀以及高压热流冲刷引起的机械剥蚀的综合作用。     

浸渍熔渗复合法制备C_f/HfC复合材料及其性能

采用液相浸渍结合反应熔渗法制备了Cf/HfC复合材料。研究了浸渍效果、抗氧化烧蚀微粒分布形貌、熔渗效果与熔渗组织,并考核了C_f/HfC复合材料的抗氧化烧蚀性能和力学性能。结果表明:经5次浸渍-碳化循环和1次高温处理工艺制备了含13wt%抗氧化烧蚀微粒的ZrB_2+HfO_2+TaSi_2改性C/C预制体,其密度和开孔率分别为1.41g/cm~3和24.84%,微粒主要分布在纤维束之间的基体碳中,且分布均匀。改性C/C预制体经过Hf35Zr10Si5Ta合金反应熔渗制备的C_f/HfC复合材料密度和开孔率分别为2.98g/cm~3和12.95%,其线烧蚀率为0.017 1mm/s,弯曲强度为173.76 MPa,断裂方式为假塑性断裂。     

ZrB2和POSS对碳布/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

以ZrB2为改性剂,采用热压工艺制备了碳布/酚醛复合材料,通过氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的烧蚀性能进行了研究,利用扫描电镜和能量色散谱仪对复合材料烧蚀形貌和成分进行了分析。结果表明:经氧/乙炔焰烧蚀后,在复合材料表面形成了一层陶瓷层,其质量烧蚀率为0.04585g/s,线烧蚀率为-0.013mm/s,经二次烧蚀后,复合材料的质量烧蚀率为0.0096g/s。当ZrB2和POSS配合使用改性碳布/酚醛复合材料时,碳布/酚醛复合材料的质量烧蚀率可达0.025g/s,二次质量烧蚀率可达0.0089g/s。     

酚醛改性苯并噁嗪树脂及其复合材料性能

从固化反应动力学、热分解动力学与耐烧蚀性能等方面研究了不同配比酚醛/苯并噁嗪共混树脂,并通过浸渍高硅氧玻璃布制备了相应的树脂复合材料。对其高常温力学、热学与耐烧蚀性能进行了研究。结果表明:共混树脂复合材料常温拉伸强度（214 MPa）、弯曲强度(332 MPa）、压缩强度(217 MPa）与高温层间剪切强度（21.6 MPa）等力学性能均高于酚醛树脂复合材料,热学与烧蚀性能符合耐烧蚀复合材料要求,可以作为一种性能优良的耐烧蚀复合材料。      

碳化烧蚀材料内部热响应的数值分析

为了揭示碳化烧蚀材料的详细热响应,运用有限元数值模拟方法建立了高温环境下碳化烧蚀材料性能分析的数值计算模型,并通过阿伦尼乌斯定律对材料的内部热解进行了分析。碳化烧蚀材料热响应计算过程中,建立了材料变物性参数计算的数学函数,并对某高硅氧酚醛复合材料的碳化烧蚀过程进行了数值模拟。结果表明:碳化烧蚀材料的热响应是多种因素综合作用的结果,随着材料内部热解,材料出现碳化层、原材料层的分层现象,材料内部发生质量损失。材料的热物理性质与碳化过程中材料温度和热解状态相关。研究方法对计算任意的碳化烧蚀具有适应性。     

酚醛气凝胶/炭纤维复合材料的结构与烧蚀性能

分别以密度为0.15 g/cm~3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27～0.40 g/cm~3)和低热导率(0.056～0.068 W·(m·K)~(-1))特点;炭纤维穿刺编织体复合材料(P-PAC)的弯曲强度是铺层炭纤维毡复合材料(L-PAC)的2倍,当P-PAC密度为0.40 g/cm~3时,其弯曲强度可达35.9 MPa;P-PAC具有更优的耐烧蚀性能,在2 000℃、60 s的烧蚀条件下,其质量烧蚀率为0.0043 g/s、线烧蚀率为0.0147 mm/s。酚醛粒子因纳米尺寸效应能够完全分解、蒸发、升华,充分带走表面热,而气凝胶多孔结构也有效的阻止表面热量向内部传递,因而酚醛气凝胶/炭纤维复合材料具有优异的微烧蚀/隔热一体化功能。     

浆料浸渍法制备C/C-SiC-ZrB2超高温复合材料及其烧蚀性能研究

采用浆料浸渍法引入ZrB₂微粉作为耐超高温相, 以炭纤维为增强体, 以热解炭和SiC为基体, 制备了ZrB₂含量不同的耐超高温C/C-SiC-ZrB₂复合材料; 通过电弧风洞考核材料的抗烧蚀性能, 通过XRD、SEM和EDS分析材料的烧蚀机理。结果表明: 在Ma 6电弧风洞条件下, C/C-SiC-ZrB₂复合材料的抗烧蚀性能优于C/C-SiC, 且随着ZrB₂含量的增加, 抗烧蚀性能随之提高; 在高温阶段形成的ZrO₂-SiO₂玻璃态熔融层起到了抗氧化烧蚀的作用。     

金属杂质对高硅氧纤维/酚醛复合材料烧蚀性能质量影响

采用氧-乙炔烧蚀试验方法研究了高硅氧/酚醛复合材料搀杂金属杂质的烧蚀性能,并采用扫描电镜对烧蚀后复合材料的表面形貌进行了分析测试.结果表明:复合材料的烧蚀率随着金属杂质尺寸的增大、数目增多而增加,随着夹杂位置H1增大而减小;搀杂大尺寸金属杂质的高硅氧纤维纱/酚醛复合材料烧蚀后表面有一个很深的凹坑,凹坑底部的高硅氧纤维几乎裸露,凹坑的上边缘出现明显的横向裂纹.     

钢表面颗粒增强熔覆层的组织和性能

采用预置法在45号钢表面制备WC颗粒增强熔覆层,研究了熔覆层的组织和性能,并与淬火态Cr12MoV(59HRC)的耐磨性能进行比较,分析磨损机理并讨论WC颗粒的磨损现象。结果表明:熔覆层与基材之间结合良好并形成界面反应层;熔覆层组织分布均匀,表面弥散分布着大量WC颗粒;熔覆层的平均硬度比基材的高,耐磨性是基材45号钢的18倍,是淬火态Cr12MoV的2倍;在磨损实验中熔覆层的增强颗粒WC出现罕见的表面磨平和脆性脱落现象。     

316L不锈钢表面激光熔覆Co基合金层的耐冲刷腐蚀性能

为了提高316L不锈钢在冲刷腐蚀类环境中的耐腐蚀性,在其表面激光熔覆Co Ni Cr Al Y合金层。采用冲刷腐蚀试验比较了316L不锈钢及Co基合金熔覆层在含固相颗粒酸碱溶液中的耐冲刷腐蚀性能。采用X射线衍射仪分析熔覆层物相,采用金相显微镜及扫描电镜观察熔覆层腐蚀前后的形貌。结果表明:在低浓度酸碱、低含砂量及低速冲刷条件情况下,Co Ni Cr Al Y熔覆层的耐冲刷腐蚀性略高于316L不锈钢;在高浓度酸碱、高含砂量及高速冲刷条件下,Co基合金熔覆层的耐冲刷腐蚀性能明显优于316L不锈钢的;Co基合金熔覆层中析出的Cr2Ni3,Al Co和Al Ni硬质相以及Co元素本身的抗腐蚀性的综合作用使Co基合金熔覆层的耐冲刷腐蚀性能远远高于316L不锈钢的。     

SiC-ZrC陶瓷含量对C/C-SiC-ZrC复合材料性能的影响

采用聚合物浸渍裂解法制备了不同SiC-ZrC含量的C/C-SiC-ZrC复合材料,系统考察了SiC-ZrC含量对C/C-SiC-ZrC复合材料的微观结构、力学和抗烧蚀性能的影响。结果表明,ZrC的含量显著影响了复合材料的力学性能和耐烧蚀性能。其中ZrC含量为4.53%(体积分数,下同)时复合材料具有最优的力学性能,其弯曲强度、压缩强度和剪切强度分别为358 MPa、277 MPa、115 MPa; ZrC含量为13.03%时,复合材料具有良好的耐烧蚀性能;经过热流密度为3 200 kW/m²的氧气-乙炔火焰烧蚀300 s后,复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.003 mm/s、0.001 6 g/s。另外,随着ZrC含量的增加,PyC层与陶瓷层的界面会产生弱结合;在承担载荷时,PyC层会与陶瓷层先发生移动,使得纤维的增韧效果难以发挥,导致复合材料的力学性能急剧下降。当ZrC含量为13.03%时,氧化生成的ZrO₂会牢固地粘附在材料表面,具有一定流动性的SiO₂会与ZrO₂形成二元共熔的混合物Si...     

全海深浮力材料的研究与制备

选用缩水甘油醚型环氧树脂、芳香族多胺固化剂和空心玻璃微珠等原材料制备了低密度、高强度的全海深浮力材料,研究了低密度空心玻璃微珠K1的加入量对浮力材料的密度、单轴压缩强度、耐静水压强度和吸水率等性能的影响.结果表明,在空心玻璃微珠总体积分数为66.7％的全海深浮力材料中,加入适量空心玻璃微珠K1取代空心玻璃微珠HM42,...     

先驱体浸渍裂解法制备三维C/C-HfC复合材料及其烧蚀性能

通过化学气相渗透法和先驱体浸渍裂解法相结合制备出密度为1.95 g/cm~3的三维C/C-HfC复合材料,碳化铪陶瓷相均匀地填充于材料内部。探究了先驱体的物相转化过程和材料的耐烧蚀性能。结果表明:复合材料经等离子体烧蚀装置测试120 s后,样品的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为:0.001 5 g/s和0.002 4 mm/s。通过先驱体浸渍裂解工艺引入到基体内的碳化铪陶瓷相在烧蚀过程中与氧化性气体生成的二氧化铪固体颗粒起既能起到一定的热障作用,也能作为抑制氧化性气体扩散的阻挡层,从而提高了材料的耐烧蚀性能。同时,氧化产物的生成和一氧化碳气体的挥发将消耗烧蚀区域内一部分热量,进而降低材料表面的温度,进一步提高材料的抗烧蚀能力。     

合金反应熔渗法制备C/C-SiC-HfC复合材料

采用22Hf78Si合金反应熔渗法制备了高性能低成本的C/C-SiC-HfC复合材料.首先采用化学气相渗透法增密碳纤维预制体得到多孔C/C复合材料预制体,然后在1700℃下反应熔渗22 Hf78Si合金制备得到C/C-SiC-HfC复合材料.XRD分析表明复合材料由碳、SiC和HfC相组成.C/C-SiC-HfC复合材料的抗弯强度为237MPa,断裂模式为假塑性断裂模式.采用激光测试了反应熔渗C/C-SiC-HfC复合材料的抗烧蚀性能,复合材料的线烧蚀率为0.038mm/s,大大低于C/SiC复合材料的线烧蚀率0.081mm/s.烧蚀后复合材料烧蚀表面形成了一层HfO2烧蚀层,有效提高了复合材料的抗烧蚀性能.     

合金反应熔渗法制备C/C-SiC-HfC复合材料

采用22Hf78Si合金反应熔渗法制备了高性能低成本的C/C-SiC-HfC复合材料.首先采用化学气相渗透法增密碳纤维预制体得到多孔C/C复合材料预制体,然后在1700℃下反应熔渗22 Hf78Si合金制备得到C/C-SiC-HfC复合材料.XRD分析表明复合材料由碳、SiC和HfC相组成.C/C-SiC-HfC复合材料的抗弯强度为237MPa,断裂模式为假塑性断裂模式.采用激光测试了反应熔渗C/C-SiC-HfC复合材料的抗烧蚀性能,复合材料的线烧蚀率为0.038mm/s,大大低于C/SiC复合材料的线烧蚀率0.081mm/s.烧蚀后复合材料烧蚀表面形成了一层HfO2烧蚀层,有效提高了复合材料的抗烧蚀性能.     

合金反应熔渗法制备C/C-SiC-HfC复合材料（英文）

采用22Hf78Si合金反应熔渗法制备了高性能低成本的C/C-SiC-HfC复合材料。首先采用化学气相渗透法增密碳纤维预制体得到多孔C/C复合材料预制体,然后在1700℃下反应熔渗22Hf78Si合金制备得到C/C-SiC-HfC复合材料。XRD分析表明复合材料由碳、SiC和HfC相组成。C/C-SiC-HfC复合材料的抗弯强度为237MPa,断裂模式为假塑性断裂模式。采用激光测试了反应熔渗C/C-SiC-HfC复合材料的抗烧蚀性能,复合材料的线烧蚀率为0.038mm/s,大大低于C/SiC复合材料的线烧蚀率0.081mm/s。烧蚀后复合材料烧蚀表面形成了一层HfO2烧蚀层,有效提高了复合材料的抗烧蚀性能。     

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．     

空心玻璃微珠填充固体浮力材料的制备及性能研究

以双酚A环氧树脂E51为基质原料,甲基四氢苯酐为固化剂,K25空心玻璃微珠为轻质填充物,采用模压成形的方法制备了空心玻璃微珠填充固体浮力材料。研究了玻璃微珠的填充率对体系粘度、浮力材料的密度、抗压强度及耐静水压性能的影响。结果表明,低密度空心微珠的引入,有效降低了固体浮力材料的密度,并且随着玻璃微珠填充量的增大,材料的理论计算密度与实际密度的偏差逐渐变大;浮力材料的单轴压缩强度和耐静水压强度随着空心玻璃微珠填充量的增大而降低,当玻璃微珠填充量超过18%时,材料性能下降幅度增大。