基于新型防热机理的防热材料的设计与试验验证

传统的防热材料大多是依靠材料自身的高熔点“忍受”热流或依靠缓慢烧蚀来被动地延长寿命的,这些材料因其密度大或耐氧化不足等问题已经不能满足飞行器设计者的期望,突破传统的被动式防热的思路从防热机理的源头上探索新的思路或许可以找到可行的技术途径。作者设计了一个新的材料体系——耗散防热材料,即在石墨中加入还原性金属,在烧蚀过程中还原性金属耗散热量,同时耗散外界的氧,自发生成氧化物陶瓷膜。新的材料设汁的思想是“利用”热流而不是单纯“忍受”热流,初步试验验证表明,在廉价的石墨渗入耗散剂——铝制备的耗散防热材料,在2900℃,4MW／m^2热焓值烧蚀下,线烧蚀率仅为传统C／C的1／10。其耗散防热原理包含了以往的汇热防热、辐射防热、烧蚀防热、发汗防热等防热形式,增加了相变反应防热,是一种新的防热原理,这种高效能、低成本的材料预计具有很好的应用前景,也将推动非平衡条件下的金属化学基础理论突破。本材料研究的科学问题,涉及高温、高压、高速气流冲刷等非平衡状态的化学反应问题、金属流动问题等,这些问题的研究必将推动材料科学与传热学、流体力学、燃烧化学、气动力学等学科的交叉互动和新的发展。     

"哥伦比亚"号坠毁与表面防热材料

今年2月1日,人类航天史上的又一个灾难发生了,“哥伦比亚”号航天飞机在预计落地前16分钟解体爆炸,7名宇航员全部罹难。这是1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星发射成功后,人类在开发和探索太空的过程中遭受的一个重大打击,是继1986年“挑战者”号航天飞机爆炸以来又一次严重的灾难,世界为之震惊。     

氧化-沉淀法合成高振实密度球形LiFePO4/C正极材料

采用氧化-沉淀法,以FeSO4.7H2O、H3PO4和H2O2为原料通过合成球形前驱体FePO4.2H2O来制备高密度球形LiFePO4/C复合材料。结果表明:当溶质浓度为0.1 mol/L,搅拌速度为500 r/min,陈化时间为36 h时,可合成振实密度高、球形度好的球状前驱体FePO4.2H2O;采用超声波浸渍液法将制备的FePO4与LiOH.H2O、蔗糖混合,通过碳热还原法合成球形LiFePO4/C。该球形LiFePO4/C正极材料的振实密度为1.68 g/cm3,在0.05 C、0.1 C和0.5 C倍率下的首次放电比容量分别为138.9、128.7和113.2 mA.h/g,经20次循环后,容量的保持率分别为99%,98.7%和98.6%。     

真空荧光显示屏阵列材料氧化过程的研究

研究了真空荧光显示屏阵列材料FeNi42Cr6合金在高温湿氢气氛中的氧化行为。其氧化过程为：首先形成Cr2O3，然后(Fe,Mn)Cr2O4氧化物形核、生长，形成完整氧化膜，成熟氧化膜由颗粒状刚玉型氧化物Cr2O3和块状尖晶石型(Fe,Mn)Cr2O4氧化物组成。实验同时表明，阵列板电阻率随氧化膜厚度增加而增大，电阻率过高会导致与之焊接的Ni丝熔断，氧化膜厚度应控制在1μm～2μm。借助扫描电镜、X射线衍射研究了氧化时间、氢气流量、氢气露点等工艺参数对阵列板氧化增重、氧化膜相结构及、氧化膜表面形貌的影响。得出氧化温度为950℃，时间40min～60min，氢气露点(dp)35℃，流量8L／mm为最佳阵列材料氧化工艺。     

颗粒补强Al2O3/SiC/(W,Ti)C复相陶瓷刀具材料的氧化行为与强度特性

研究了颗粒补强Al     

Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料的高温氧化行为

以Ni、Cr、Mo、Cu为原料,采用活化反应烧结制备Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料,采用静态增重法测定其氧化动力学性能,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱仪(EDS)、孔径测试仪等分析手段表征了Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料在600～800℃的表面氧化膜组成、结构和形貌等氧化行为。结果表明：多孔材料的氧化动力学近似抛物线演变规律,在800℃氧化20 h后,最大孔径从13.32μm下降到9.52μm,透气率从97.8 m³/(m²·kPa·h)下降到81.3 m³/(m²·kPa·h),多孔材料的透气度仅下降了16.8%。重点探讨了Ni-Cr-Mo-Cu多孔材料在高温条件下的氧化机理,多孔材料表面以Cr₂O₃、NiO薄膜为主。经氧化动力学计算,多孔材料的活化能为152.18 kJ/mol。     

铝合金材料表面的化学氧化

化学氧化作为铝合金材料表面抗腐蚀处理,具有设备、工艺简单,成本低廉和操作容易等特点,且所形成的膜致密、耐磨性高、不易自然脱落、表面光亮美观呈金黄色、不影响电导性,因而受到广泛的应用。下面就化学氧化前处理、化学氧化工艺及影响因素作些介绍。     

颜 / 填料分散工艺对环氧防热涂层性能的影响

目的研究涂料颜/填料的分散工艺与涂料的成膜过程以及涂层防热性能、环境适应性的关联。方法采用不同方法对涂料进行分散,并喷涂于钢基、钛合金基体及铝合金基体表面,对比分析涂层的物理性能、防热性能及环境适应性。结果分散良好的涂料细度约为60~70μm。实验室烧蚀试验和空中搭载试验结果验证了良好分散有助于降低内应力,增强涂层的环境适应性,延长涂层的服役寿命,提高涂层的热防护性能。结论经过充分分散得到的涂层,其外观、防热性能及寿命均达到最优。     

“神八”飞船返回舱防热材料用上“圣泉·安特福”

北京时间2011年11月17日19时32分,举世瞩目的神州八号飞船与天宫一号目标飞行器空间交会对接后成功返回,为我国建设空间站迈出历史性关键一步。鲜为人知的是,神州八号飞船返回舱防热材     

TC4合金热氧化行为的研究

为提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用表面改性热氧化技术在钛合金表面自生成陶瓷层。用金相显微镜及粗糙度测试仪研究了氧化膜的表面形貌,用显微硬度计分析了试样表面的硬度情况,电子探针研究了涂层成分沿断面分布的情况。结果表明：高温钛合金的氧化层由TiO2和其外表面的一薄层Al2O3所组成,使表面的硬度得到显著的提高。     

表面硅化对C/C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层 ,研究了制备工艺对涂层和C/C复合材料组织结构的影响。结果表明 :硅化反应时间对C/C复合材料的SiC涂层厚度影响不大 ;C/C复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比 ,更易与Si反应生成SiC ,说明碳纤维的稳定性高于热解碳 ,Si通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

绝热材料的显微结构及绝热性能

着重分析了材料的显微结构对材料导热系数的影响:高孔隙率减弱固相传热作用从而使材料的导热系数减小,但是,高孔隙的也增大辐射传热作用.适当降低孔隙可减少辐射传热作用,这在高温时特别明显.尺寸<1 mm的孔隙中对流传热被制止,不再对传热起作用.在保持孔隙总量不变的前提下减小孔径可使孔隙数量增大,从而减小导热系数.小于100 nm的孔隙可以消除气体本身的热传导,从而极大地减小材料的导热系数.展示了几种不同显微结构的材料及其绝热性能.     

材料腐蚀防护的几个问题探讨

本文就电偶腐蚀防护、阴极保护电位控制、阴极保护电位测量等三个材料腐蚀防护的认识问题进行探讨,提出了材料腐蚀防护的对策和注意事项。     

钛及钛合金热氧化工艺的研究现状

钛及钛合金具有良好的综合性能,但是由于本身的磨损性能差、生物活性低等缺点限制了其在某些方面的应用,而热氧化处理是近年来一种简单有效的提高钛及钛合金表面性能的改性方法。本文介绍了热氧化处理的基本原理和工艺,概述了纯钛及钛合金的热氧化处理工艺现状,分析了影响热氧化工艺的因素,并对纯钛及钛合金的热氧化工艺前景作了展望。     

氮化铟粉末的热稳定性

用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收(FTIR)对InN粉末在空气中的热稳定性进行了分析研究.结果表明当温度低于400℃时,InN非常稳定;但当温度超过500℃时,InN很容易被氧化;当温度增加到600℃时,InN被完全氧化成In2O3.     

铝合金热氧化膜研究现状

直接高温热氧化作为一种环保、无污染的铝及铝合金氧化方法,已经得到广泛研究。较为系统的介绍了目前铝及铝合金热氧化的研究现状,阐述了纯铝、铝合金、铝粉末的热氧化层的生长机理、成分和微观结构,展望了今后铝合金直接热氧化方法应用前景和发展方向。     

SiB4高温热氧化机理及动力学

本文以高超声速飞行器表面高发射率涂层关键填料SiB4为研究对象,采用非等温热重分析法在空气条件下对粒径40 μm SiB4粉体高温热氧化过程以及氧化动力学进行研究。结果表明,SiB4热氧化开始温度为650℃,热氧化过程质量呈现恒重→增重→恒重变化趋势,其中高温区试样恒重分别是由玻璃相包覆保护作用、氧化增重与气相挥发损失竞争作用两种机制控制。升温速率对SiB4热氧化过程影响显著,升温速率越快,放热效应越明显。SiB4的平均活化能为239.14 kJ/mol,动力学指前因子A=2.1901×104 K/s,热氧化动力学函数为G(α)=ln[-ln(1-α)]^1.7574。     

HfC-TaC改性对C/SiC-ZrC复合材料静态氧化行为的影响

利用HfC-TaC对C/SiC-ZrC陶瓷基热结构复合材料进行改性,提升C/SiC-ZrC材料的抗氧化性能。结合前驱体浸渍裂解和化学气相沉积法制备陶瓷基复合材料,并通过静态氧化实验（1600 ℃/5 h和1600 ℃/20 h）检验其抗氧化性能。结合弯曲强度测试和失重情况分析,发现HfC-TaC可以有效改善C/SiC-ZrC复合材料的氧化行为,且能够使其满足力学性能要求。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等仪器,对复合材料的晶相结构、微观结构等进行了分析,结果显示：均匀的元素分布和基体中各陶瓷组元间良好的融合度是C/SiC-ZrC复合材料抗氧化性能提升的原因。