碳/碳复合材料SiC–HfSi_2–TaSi_2抗烧蚀复合涂层

采用包埋技术在碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料表面制备了碳化硅-硅化铪-硅化钽(SiC-HfSi2-TaSi2)抗烧蚀复合涂层.采用氧已炔火焰烧蚀试验评价了. C/C复合材料样品的抗烧蚀性能.通过X射线衍射分析、扫描电镜观察及能谱分析研究了SiC-HfSi-TaSi2作为 C/C复合材料抗烧蚀涂层的表面和断面相组成、元素分布及形貌.结果表明:由于烧蚀过程中生成的Hf02,Ta205具有高温稳定性,使得该涂层表现 出良好的抗烧蚀性能,在3 000℃下烧蚀20s后,线烧蚀率为0.009 mm/s,质量烧蚀率为0.003 85 g/s.     

国产碳纤维编织碳/碳喉衬烧蚀分析

采用国产T300级碳纤维进行轴棒法编织结构碳/碳(C/C)复合材料制备,并对C/C复合材料喉衬进行固体火箭发动机(SRM)地面点火试验,结合扫描电子显微镜(SEM),分别对烧蚀后喉衬入口部位、喉部和出口部位的烧蚀形貌进行分析。结果表明,在7.432 MPa压力下,国产T300级碳纤维轴棒法编织结构C/C喉衬的烧蚀性能较为稳定,烧蚀均匀,烧蚀后型面光滑,烧蚀率较低,平均线烧蚀率为0.159 6 mm/s,国产T300级碳纤维的性能满足发动机的工作要求。     

制备温度对ZrC-SiC复合涂层高温耐烧蚀性能影响北大核心

为提高C/C复合材料在超高温环境中的高温耐烧蚀性能,不同包埋温度1450,1550,1650,1750℃下在C/C复合材料表面制备了ZrC-SiC复合涂层。利用XRD、SEM和EDS等分析测试手段,对比研究了涂层的物相组成和微观结构,并借助等离子烧蚀设备进行烧蚀实验,分析讨论涂层的高温耐烧蚀性能和烧蚀机理。结果表明:1650℃包埋温度下的ZrC-SiC涂层与基体结合良好,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.129 mg/s和1.867μm/s,烧蚀性能最好。烧蚀后,ZrC-SiC涂层表面形成了ZrO2和SiO2熔融相,其中ZrO2分布在SiO2熔融物中,提高了氧化层的黏度和抗冲刷能力,使得ZrC-SiC涂层具有良好的高温耐烧蚀能力。     

合金反应熔渗法制备C/C-HfC复合材料微观结构及抗烧蚀性能

发展了一种Hf C改性C/C复合材料的快速低成本合金反应熔渗制备技术,采用反应熔渗铪基合金制备了性能优异的C/C-Hf C复合材料。XRD分析表明C/C-Hf C复合材料由C、Hf C、Zr C和Si C相组成。合金反应熔渗过程中,合金熔体与热解碳反应形成了层状的基体显微组织。采用激光烧蚀法测试了C/C-Hf C复合材料的抗烧蚀性能,烧蚀60 s后C/C-Hf C复合材料的线烧蚀率为0.008 mm/s,明显低于C/C复合材料预制体的线烧蚀率0.024 mm/s。激光烧蚀后复合材料烧蚀表面形成了一层Ta2O5和Hf O2相组成的抗烧蚀层,有效减小了C/C-Hf C复合材料进一步的烧蚀破坏,大大提高了C/C-Hf C复合材料的抗烧蚀性能。     

碳/碳复合材料氧化的研究进展

碳/碳(C/C)复合材料因比重轻、导电导热快等优异性能,成为航空航天领域应用的理想材料,但在643K以上温度的含氧环境中,碳/碳(C/C)复合材料易发生氧化而导致失效,因此,研究C/C复合材料的抗氧化性能非常必要。本文对C/C复合材料的氧化过程进行了总结,氧化过程主要是低温段的碳氧化学反应控制和高温段的氧气经边界层与碳反应的扩散控制。目前,针对C/C复合材料的抗氧化性弱的问题,有研究者提出,基体改性和涂层防护是提高材料抗氧化能力的主要方法。本文综述了静态氧化和高温氧化烧蚀的最新研究进展,从相关的研究进展可知,该材料的应用环境较为单一,为此本文基于海洋腐蚀环境,分析了C/C复合材料的氧化过程。     

三维针刺C/(SiC-TaC)复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

为了提高连续碳纤维增强碳化硅(SiC)复合材料的抗烧蚀性能,采用浆料浸渗结合化学气相浸渗SiC工艺制备出三维针刺碳纤维增强SiC-碳化钽(TaC)复合材料.采用氧-乙炔烧蚀试验测试复合材料烧蚀性能,用扫描电子显微镜分析烧蚀后材料表面的微观形貌,用X射线衍射、表面能谱分析对材料烧蚀后成分进行分析表征.结果表明:C/SiC-TaC)复合材料线烧蚀率为0.07mm/s,相对C/SiC复合材料而言表现出较好的抗烧蚀能力,添加TaC有助于提高C/SiC复合材料抗烧蚀性能.在中心区域,出现明显烧蚀坑,纤维与基体被致密的Ta2O5层覆盖,起到保护C纤维和基体的作用,复合材料的烧蚀以升华、氧化和机械剥蚀为主.在边缘和过渡区域,烧蚀以热化学氧化烧蚀为主.     

纳米改性碳/酚醛树脂基复合材料性能研究

针对碳/酚醛树脂基复合材料层间剪切强度低的缺点,采用纳米填料进行改性。测试了2种纳米填料(纳米碳纤维、碳纳米管)改性后酚醛树脂的热解性能,研究了纳米填料对复合材料力学性能、烧蚀性能以及高温炭化后力学性能的影响,并观察分析了复合材料测试后的微观形貌。研究结果表明,纳米填料改性后,复合材料的力学性能、烧蚀性能均有所改善。其中,纳米碳纤维改性后复合材料的常温层间剪切强度达到24.9 MPa,氧乙炔线烧蚀率为22.75μm/s,质量烧蚀率为23.58 mg/s。纳米碳纤维表面粗糙,与树脂基体的界面强度高,因此其改性后的力学性能和烧蚀性能优于碳纳米管。     

制备温度对ZrC-SiC复合涂层高温耐烧蚀性能影响

为提高C/C复合材料在超高温环境中的高温耐烧蚀性能,不同包埋温度1 450,1 550,1 650,1 750℃下在C/C复合材料表面制备了ZrC-SiC复合涂层。利用XRD、SEM和EDS等分析测试手段,对比研究了涂层的物相组成和微观结构,并借助等离子烧蚀设备进行烧蚀实验,分析讨论涂层的高温耐烧蚀性能和烧蚀机理。结果表明:1 650℃包埋温度下的ZrC-SiC涂层与基体结合良好,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.129 mg/s和1.867μm/s,烧蚀性能最好。烧蚀后,ZrC-SiC涂层表面形成了ZrO_2和SiO_2熔融相,其中ZrO_2分布在SiO_2熔融物中,提高了氧化层的黏度和抗冲刷能力,使得ZrC-SiC涂层具有良好的高温耐烧蚀能力。     

碳/碳复合材料表面MoSi2-SiC复相陶瓷涂层及其抗氧化机制

对MoSi2-SiC复相陶瓷涂层的显微形貌、相组成及成分进行了观察与分析,考察并研究了有涂层的碳／碳复合材料在1650℃以下温度的等温氧化性能,以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响,阐明了涂层的抗氧化过程及机理,并进一步提出了合理的涂层结构。结果表明,碳／碳复合材料表面MoSi2-SiC复相陶瓷涂层的抗氧化性能取决于氧在涂层中的扩散过程。     

碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)

碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料抗氧化问题一直是国际材料界研究的热点。硅基陶瓷作为C/C复合材料抗氧化涂层,是目前研究最深入的涂层体系。综述了国内外近几年C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展,总结了C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的制备工艺和对已有工艺的改进方法,分析了硅基陶瓷涂层在高温空气中、燃烧环境中的氧化失效机理。结合硅基非氧化物陶瓷(SiC,Si3N4等)环境障碍涂层的发展,展望了C/C复合材料在复杂环境中抗氧化涂层的研究方向。     

碳纤维增强碳复合材料表面多层复合涂层中SiC和TiC内层的比较(英文)

采用包埋法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carb on composites,C/C)复合材料表面多层涂层,包括SiC,TiC内层,SiC,TiC中间层以及SiC+TiC复合外层。利用场发射扫描电镜和X射线衍射对其表面和断面的结构进行研究。结果显示:和TiC内层相比较,SiC内层较厚而且致密,具多孔结构且和C/C复合材料结合紧密;TiC内层较薄且和C/C复合材料结合松散。制备的SiC+TiC复合外层由SiC,TiC和Ti3SiC2组成。     

镍催化制备炭/炭复合材料

利用催化化学气相沉积法制备炭／炭复合材料，研究了反应温度、前驱体气体含量、催化剂含量和时间对所制备的炭／炭复合材料密度的影响，采用扫描电镜观察分析了基体碳的形貌。结果表明，利用催化剂镍可制取密度达1．594g／cm^3的炭／炭复合材料，并有晶须状基体碳生成。在各种工艺参数中，对炭／炭复合材料的密度影响最大的是温度和前驱体气体，其次为催化剂含量，最后是时间。     

碳纤维增强碳氮化硅复合材料的基体在真空中的热稳定性

以六甲基二硅氮烷为先驱体,采用电热裂解化学气相沉积技术制备了以热解碳为界面的连续碳纤维增强SiCN陶瓷基复合材料(C/SiCN,并在不同温度和时间下进行了真空热处理.用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜、X衍射仪和光电分析天平分别进行微观观察、相变分析和质量测量.结果表明:热处理温度对基体晶化程度的影响要比增加热处理时间的影响更明显;非晶SiCN基体经1 100℃热处理30 h后已有微量β-SiC晶粒产生:在1100℃,30h;1300℃,30h; 1 500℃,30h和1 700℃,2h熟处理后,部分SiCN转变为SiC,没有发现Si3N4;1700℃热处理2h后,晶粒间的非晶SiCN内出现层状石墨;1900℃热处理0.5h后,SiCN基体几乎全部晶化,并明显出现sj3N4晶体;在1100℃到1300℃真空热处理30h后,质量损失主要是H-的损失;在1500℃到1900℃处理后,除了H-损失之外,还有部分N-损失.     

炭纤维表面处理对短炭纤维增强炭基复合材料强度的影响

为了增强炭纤维的表面活性,提高炭纤维与基体炭的结合强度,用浓硝酸对炭纤维进行了表面氧化处理。考察了处理时间和处理温度对短炭纤维增强炭基复合材料（ＳＣＦＲＣ）力学性能的影响;用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对ＳＣＦＲＣ的弯曲断面进行了观察。结果表明：对炭纤维进行表面处理可以提高其与基体炭的结合强度,炭纤维与基体炭的结合强度以及ＳＣＦＲＣ的抗弯强度均随着炭纤维氧化处理时间的增加和处理温度的升高而增大     

Preparation and properties of the three-dimensional highly thermal conductive carbon/carbon-silicon carbide composite using the mesophase-pitch-based carbon fibers and pyrocarbon as thermal diffusion channels

The novel three dimensional highly thermal conductive carbon/carbon-silicon carbide (C/C-SiC) composite was successfully prepared using the mesophase-pitch-based carbon fibers and pyrocarbon as the thermal diffusion channels. The results show that the highly thermal conductive C/C-SiC composite with 221.1 W m^?1K^?1 in the ablation direction exhibits a smaller temperature gradient, and the surface temperature is 470 °C lower than that of the lowly thermal conductive C/C-SiC composite. The mass and linear ablation rates of the highly thermal conductive C/C-SiC composite are 0.56 mg·cm^?2 s^?1 and 0.11 μm·s^?1, respectively.     

结构炭/炭复合材料力学性能及微观结构研究

采用四向编织、快速化学气相渗透致密化新工艺制备了炭／炭复合材料,其弯曲强度达３２０ＭＰａ。分析研究了这种材料的力学性能特征。利用ＳＥＭ和高分辨ＴＥＭ分析了基体炭、炭纤维／基体灰界面的精细结构,发现炭纤维呈单根被基体炭包围,基体现灰呈层片状,为二维有序的乱层石墨结构;在炭纤维与基体炭之间存在着过渡相,这一过渡相厚度的约几十纳米,随着与炭纤维之间距离的增大,它们之间形成的夹角由小变大,这一过渡相即为炭     

化学气相渗透法制备三维针刺C/SiC复合材料的烧蚀性能

用化学气相渗透法制备了三维针刺碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,复合材料的平均密度为2.15 g/cm3,气孔率为16.0%.用氧乙炔焰研究了复合材料的烧蚀性能,用扫描电镜分析了烧蚀表面的形貌,用表面能谱分析了烧蚀产物的成分.复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.03mm/s和0.004 7 g/s.在烧蚀中心区,烧蚀最严重,表层只有C纤维骨架,且C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以升华和冲刷为主.在烧蚀过渡区,垂直于烧蚀面的C纤维表现出端部锐化、根部细化的特性,平行于烧蚀面的C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以氧化和机械剥蚀为主.烧蚀边缘烧蚀不明显,烧蚀产物和SiC基体熔融后覆盖在烧蚀表面,阻碍了复合材料的进一步烧蚀,复合材料的烧蚀以氧化为主.     

Ablation mechanism of carbon/carbon composites in internal flow field comprising supersonic multiphase flow coupled with ground simulation supersonic ablation

A supersonic multiphase flow was coupled with a ground simulation supersonic ablation test system to evaluate internal flow-field ablation/erosion performances of three-dimensional four-way braided carbon/carbon (C/C) composites. The results showed that the C/C composite mass and linear ablation rates were 0.0123 g/s and 0.0106 mm/s, respectively, in the supersonic inner flow-field ablation environment wherein kerosene and oxygen were completely burned. The overall material ablation was dominated by mechanical ablation accompanied by some C/CO₂ and C/H₂O thermal oxidation ablations. With increasing oxygen enrichment, the composite mass and line ablation rates considerably increased to 0.0158 g/s and 0.0161 mm/s, respectively, in the 10%-oxygen-enriched internal flow-field ablation environment. And the composite thermal oxidation ablation was dominated by C/O₂ and supplemented by C/CO₂ and C/H₂O reactions accompanied by rapid-airflow-induced mechanical erosion. In addition, the condensed-phase particle-induced erosion considerably reduced the C/C composite ablation resistance in the supersonic internal flow-field ablation environment.