防隔热一体化TPS材料制备及耐高温性能EI

为满足高速飞行器大面积热防护(≥1500℃)需求,以耐高温氧化铝纤维增强气凝胶复合材料作为隔热层,碳纤维织物为面板层预制体,通过法向针刺穿刺工艺以及先驱体浸渍裂解工艺,制备防隔热一体化TPS材料,并开展耐高温性能测试研究,为材料的工程化应用提供理论与技术支持。结果表明:采用针刺穿刺缝合技术与PIP工艺可以制备防隔热一体化TPS材料,整体性较好,无明显的缺陷,密度仅为0.6 g/cm^(3)。C/SiC复合材料在高温氧化环境中使用,氧化性气氛通过孔隙与裂纹等缺陷扩散进入材料内部,与碳纤维发生氧化反应,导致复合材料性能的下降。材料具有优异的耐高温性能,材料的质量烧蚀率为0.051 g/s,线烧蚀率为0.077 mm/s;未出现显著的间隙结构,整体无明显收缩,呈现出较好的耐高温性能。     

防隔热一体化TPS材料制备及耐高温性能

为满足高速飞行器大面积热防护(≥1500℃)需求,以耐高温氧化铝纤维增强气凝胶复合材料作为隔热层,碳纤维织物为面板层预制体,通过法向针刺穿刺工艺以及先驱体浸渍裂解工艺,制备防隔热一体化TPS材料,并开展耐高温性能测试研究,为材料的工程化应用提供理论与技术支持。结果表明：采用针刺穿刺缝合技术与PIP工艺可以制备防隔热一体化TPS材料,整体性较好,无明显的缺陷,密度仅为0.6 g/cm³。C/SiC复合材料在高温氧化环境中使用,氧化性气氛通过孔隙与裂纹等缺陷扩散进入材料内部,与碳纤维发生氧化反应,导致复合材料性能的下降。材料具有优异的耐高温性能,材料的质量烧蚀率为0.051 g/s,线烧蚀率为0.077 mm/s;未出现显著的间隙结构,整体无明显收缩,呈现出较好的耐高温性能。     

PDC-SiBCN陶瓷基无线无源温度传感器的性能EI北大核心CSCD

以耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiBCN)为温敏介质材料,金属铂作为谐振腔材料,并在陶瓷表面开槽形成共面天线,制备出集开槽天线与谐振器一体的无线无源温度传感器,实现温度信息的无线无源传输。结果表明:传感器的谐振频率随测试温度的升高呈单调递减变化,PDC-SiBCN陶瓷的介电常数随温度的升高而单调增加,其中热解温度为1000℃的传感器测试温度达1100℃,具有优异的耐高温性和介温特性。同一测试温度下传感器的谐振频率随直径的增大而减小,也随热解温度的升高而降低。通过对传感器的谐振频率-温度拟合曲线进行一阶偏导得到灵敏度方程,传感器在1100℃的高温下有较高的灵敏度。传感器具有良好的循环稳定性能,在室温下实际无线传输距离达到42 mm,当测试温度为1100℃时传输距离可达8 mm,可应用于高温恶劣环境下航空发动机的温度监控。     

耐高温防腐隔热涂料的制备与性能

耐高温防腐隔热涂料在石化管道领域具有重要的应用。文中以环氧改性有机硅树脂为基料,通过复配具有优异隔热性能的空心玻璃微珠、低温熔融玻璃粉、润湿分散剂、消泡剂等制备了一种至少耐500℃高温的防腐隔热涂料。利用扫描电子显微镜、热导分析、电化学阻抗谱,研究了不同颜基比、空心玻璃微珠含量对涂料力学性能和热学性能的影响。研究表明,颜基比为2/1,空心玻璃微珠占填料比例为40%时涂层综合性能达到最佳。     

防隔热一体化复合材料整体性能优化设计方法

集非烧蚀、隔热和轻质可靠于一体的一类新型热防护材料是我国未来新型空天飞行器发展的核心技术,耐高温表层与内层隔热层的界面处是热失配最严重的区域,材料内部的梯度过渡设计是实现防隔热一体化复合材料的关键。为了提高材料的整体综合性能,首先利用单纯形法和邻域培植多目标遗传算法对材料梯度层组分过渡形式和材料尺寸参数进行了确定性优化,并以所获最优解作为初始值,进一步考虑了材料性能、载荷条件等的随机波动,采用6 Sigma方法对材料整体性能进行了可靠性优化。结果表明:通过该优化策略,在获得满足可靠性要求的最优材料性能参数的同时,可以有效提高优化效率,对于计算模型复杂的优化问题尤为重要。      

PIP法制备C/SiOC复合材料的微结构演变与力学性能EI北大核心

碳纤维增强硅树脂衍生SiOC(C/SiOC)复合材料具有高性价比的优势,是一种应用前景良好的高温结构材料。以碳纤维针刺毡作为增强体,通过先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备C/SiOC复合材料。在首周期引入热模压交联工艺,通过优化热模压温度和压力,在不破坏针刺毡结构的前提下,有效提高了纤维体积分数和复合材料致密度,使C/SiOC复合材料的室温弯曲强度和断裂韧度分别提升至331 MPa和16.0 MPa·m^(1/2)。对C/SiOC复合材料的致密化过程的结构演变进行了分析,结果表明,基体优先填充纤维束内孔隙,复合材料的孔隙大部分集中分布在Z向纤维附近。随着制备周期的增加,复合材料的孔隙率逐渐降低,孔隙由连通孔转变为孤立孔。经过8周期“浸渍-交联-裂解”工艺,复合材料基本完成致密化。     

耐高温两性离子聚合物压裂液的制备与性能EI北大核心CSCD

为获得性能优良的高温低伤害聚合物压裂液,采用丙烯酸、丙烯酰胺和阳离子单体为原料合成了成本较低的含羧基的两性离子共聚物压裂液稠化剂PADA,制备了配套的功能性有机钛交联剂TRGWY,在此基础上构建了高温低伤害酸性聚合物压裂液,研究了该压裂液的性能及其影响因素。研究结果表明,PADA具有良好的增黏能力,可在酸性条件下与TRGWY交联形成聚合物冻胶。压裂液的性能与稠化剂结构、压裂液组成和pH值有关。阳离子单体与阴离子单体摩尔分数为5%时所得产物的综合性能较好;组成为0.6%PADA+1.5%TRGWY的压裂液(pH=3～4)具有良好的耐温抗盐性能及破胶性能,可耐温200℃以上,经180℃、170s^(-1)恒温剪切90min后的黏度仍大于60.0mPa·s,可满足高温油气井压裂施工需要。     

一种组织工程材料的制备及性能表征EI北大核心

以异氰酸酯(MDI)作为相容剂,采用共混挤出技术制备不同百分含量的聚己内酯(PCL)与淀粉的共混产物(SPCL)作为研究对象,对材料的力学性能、组成、微观结构、结晶性质和热性能进行表征,重点考察了材料的亲水性能和降解性能。结果表明,MDI明显改善了淀粉和PCL两相的相容性,淀粉的存在增加了SPCL羟基基团的数量,降低了材料的力学性能,同时抑制了PCL的结晶,降低了材料的熔点,提高了材料亲水性能,加快了材料在Hank′s平衡盐溶液(HBSS)中的降解速度。表明SPCL是一种有广泛应用前景的组织工程植入修复材料。     

C/SiC复合材料的常压制备与性能研究

采用聚碳硅烷作为碳化硅先驱体, 以二维0°/90°正交编织碳布叠层后作为增强体, 采用真空压力浸渍的方法制备了C/SiC复合材料, 研究了裂解温度和浆料浓度对复合材料性能的影响. 结果表明: 复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高以及浆料浓度的增加都呈增加趋势; 基体在纤维束内部分布均匀, 但依然有一些小气孔存在; 在1100℃时, 基体中开始生成一定量的β-SiC相, 复合材料的三点弯曲强度达到232MPa, 断裂韧性达到10.50MPa·m^1/2. 在断裂过程中表现出明显的韧性断裂, 断口有较长的纤维拔出.     

含硼聚碳硅烷的制备及热解行为EI北大核心CSCD

为制备陶瓷产率高、高温性能优良的碳化硅(SiC)陶瓷先驱体,利用频那醇硼烷(PINB)与聚碳硅烷(PCS)的脱氢偶合反应,对聚碳硅烷进行化学改性。改变PINB与PCS的质量比(1∶20、1∶10、1∶5),制备了一系列不同硼(B)含量的含硼聚碳硅烷(PBCS)。通过傅里叶变换红外光谱分析、核磁共振氢谱分析、热重分析以及X射线衍射分析等手段研究了PBCS的组成、结构及热解行为。结果表明,通过B-H键的反应将B元素以PINB骨架形式引入PCS结构;引入B元素可以将PCS的陶瓷产率从78%提高至92%;另外,B元素的引入引起PCS的交联,PBCS的热解过程分3个阶段。同时B元素的引入抑制了SiC晶体的生长,将材料的耐温性能提高至1400℃。     

复合树脂/空心微珠耐高温浮力材料的制备及性能

本工作针对环氧树脂基固体浮力材料热稳定性差的问题,提出选用耐温性能优良的酚醛树脂和甲基硅树脂与环氧树脂形成耐高温复合基体,从而提高整体浮力材料的耐温特性.通过密度测试和准静态单轴压缩实验,研究了不同温度下树脂含量对固体浮力材料压缩强度、体积密度、弹性模量、比强度的影响,并测试了浮力材料的吸水性能和耐高温性能.研究结果表明:酚醛树脂的加入可以提升浮力材料的耐高温性能.环氧树脂中环氧基通过开环反应与硅树脂中硅氧烷发生共聚反应,形成复合树脂基体,从而增强基体的耐高温性能.硅树脂含量为40％的试样性能最好,200℃热处理后压缩强度、体积密度、弹性模量、比强度分别为39 MPa、0.652 g/cm3、4.02 GPa、59.82 MPa/(g/cm3).300℃热处理后浮力材料抗压强度仍能维持在30 MPa以上.不同温度热处理后浮力材料的吸水率不超过0.5％.     

PIP法制备C/SiOC复合材料的微结构演变与力学性能EI

碳纤维增强硅树脂衍生SiOC(C/SiOC)复合材料具有高性价比的优势,是一种应用前景良好的高温结构材料。以碳纤维针刺毡作为增强体,通过先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备C/SiOC复合材料。在首周期引入热模压交联工艺,通过优化热模压温度和压力,在不破坏针刺毡结构的前提下,有效提高了纤维体积分数和复合材料致密度,使C/SiOC复合材料的室温弯曲强度和断裂韧度分别提升至331 MPa和16.0 MPa·m^(1/2)。对C/SiOC复合材料的致密化过程的结构演变进行了分析,结果表明,基体优先填充纤维束内孔隙,复合材料的孔隙大部分集中分布在Z向纤维附近。随着制备周期的增加,复合材料的孔隙率逐渐降低,孔隙由连通孔转变为孤立孔。经过8周期“浸渍-交联-裂解”工艺,复合材料基本完成致密化。     

高强度-中密度纳米孔树脂基防隔热复合材料的制备与性能

针对新一代航天器长时防隔热-高气动剪切的防热需求,以杂化酚醛树脂为基体、纤维布/纤维网胎逐层针刺结构为增强体,通过溶胶-凝胶工艺,制备出一种中密度-高强度-防隔热一体化的纳米孔树脂基复合材料(IPC-90),系统研究了石英纤维(QF/IPC-90)和碳纤维(CF/IPC-90)对复合材料的微观结构、力学性能、静态隔热和烧蚀性能的影响,探讨了其在低-中-高温度下的烧蚀机制。结果表明：纤维布的引入使IPC-90具有优异的力学性能(拉伸曲强度>120 MPa,弯曲强度>90 MPa);纳米孔基体和纤维网胎的引入使IPC-90在中密度(～0.95 g/cm³)下具有较低的热导率(室温热导率依次为0.089 W/(m·K)和0.120 W/(m·K))。在1 000℃静态隔热试验中,两种材料均展现了较好的热稳定性和抗氧化性,其等效热导率分别为0.142 W/(m·K)和0.186 W/(m·K)。在2 000℃以下氧-丙烷烧蚀试验中,QF/IPC-90和CF/IPC-90的烧蚀主要由基体热解、炭化收缩引起,其1 600℃下的线烧蚀率依次为0.0208 mm/s和...     

增强型Al-Pb层状复合电极材料制备与性能研究EI北大核心

以Pb-Al层状复合电极材料与传统Pb合金电极为研究对象,通过在Al与Pb合金之间引入过渡金属Sn制备出Al-Sn-Pb层状复合电极材料,与Pb合金电极对比研究了物理性能及电化学行为.测试电阻分布、重量、电极极化曲线、耐蚀性、槽电压等分析表明:与传统Pb合金电极相比,其电阻减少24%,重量减轻37.6%,电极极化电位降低2.3%,腐蚀损耗降低90.8%,槽电压降低200mV。因此ASP层状复合电极材料是一种重量轻、导电好、耐腐蚀的电极材料,有着重要的开发应用前景。     

PIP工艺制备C/Zr_(0.5)Hf_(0.5)C-SiC复合材料及其微观结构和弯曲性能EI

基于自制Zr_(0.5)Hf_(0.5)C先驱体和商业化液态聚碳硅烷,通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺成功制备C/Zr_(0.5)Hf_(0.5)C-SiC复合材料,研究纤维表面热解C涂层厚度对复合材料微观结构及弯曲性能的影响。结果表明:自制Zr_(0.5)Hf_(0.5)C先驱体在1400℃下即可转化生成单一Zr_(0.5)Hf_(0.5)C固溶体。因具有良好的渗透性,转化生成的Zr_(0.5)Hf_(0.5)C基体同时存在于C/Zr_(0.5)Hf_(0.5)C-SiC复合材料的纤维束内和束间,呈包裹SiC基体的层状形貌。C/Zr_(0.5)Hf_(0.5)C-SiC复合材料主要由C,SiC和Zr_(0.5)Hf_(0.5)C相组成;具有不同热解C涂层厚度(0.67,0.84,1.36μm)的3组复合材料密度分别为2.07,1.99,1.98 g/cm^(3);随热解C涂层厚度的增加复合材料中SiC含量减少。弯曲加载中3组不同热解C涂层厚度复合材料均呈现假塑性断裂模式,弯曲强度,弯曲模量和断裂韧度分别在410 MPa,60 GPa和15.6 MPa·m^(1/2)以上。良好的界面结合和预先引入的SiC基体是C/Zr_(0.5)Hf_(0.5)C-SiC复合材料获得优良弯曲性能的关键。     

中国材料工程大典 材料表征与检测技术EI北大核心

《中国材料工程大典》是关于材料的结构和性能,制备和测试,成形和加工,热处理和表面工程的大型工具书,共26卷,近7000万字,是我国迄今为止篇幅最大,涵盖内容最为新颖、全面、丰富和权威的材料工程工具书。《中国材料工程大典》由化学工业出版社出版,2006年3月全套出齐。     

中国材料工程大典 材料塑性成形工程EI北大核心

《中国材料工程大典》是关于材料的结构和性能、制备和测试、成形和加工、热处理和表面工程的大型工具书,共26卷,近7000万字,是我国迄今为止篇幅最大、涵盖内容最为新颖全面、丰富和权威的材料工程工具书。《中国材料工程大典》由化学工业出版社出版。2006年1月成批出版,2006年3月全套出齐。     

基于工业化碳材料的锂氟化碳电池正极材料制备及性能EI北大核心CSCD

为实现锂氟化碳电池在更多领域的普遍应用,以工业化碳材料(活性炭、球形石墨、膨胀石墨和工业石墨烯)为碳源,制备了四种氟化碳正极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)、氮气吸脱附以及电化学测试等表征手段对材料的微观形貌、晶体结构、化学结构和电化学性能进行了系统的研究。研究表明:氟化工业石墨烯具有完全的单氟化碳结构、高比表面积以及稳定的碳结构,在20 mA·g^(-1)的放电电流下可以实现高达945.4 mAh·g^(-1)的比容量;氟化活性炭具有较多的半共价C-F键,其起始放电电压最高,但是由于其结构稳定性较差,电压平台快速下降,导致整体比容量较低;氟化膨胀石墨和氟化球形石墨与氟化工业石墨烯结构类似,但是由于高氟化碳原子(CF_(2)和CF_(3))的存在,其放电比容量要低于氟化工业石墨烯。不过在高放电电流密度下,氟化膨胀石墨、氟化球形石墨和氟化工业石墨烯的能量密度十分接近,因此,基于氟化膨胀石墨和氟化球形石墨的成本优势,氟化膨胀石墨和氟化球形石墨更适合于高功率应用场景。     

超细纤维-稀土元素复合X射线防护材料的制备及性能EI北大核心

超细纤维(MF)与天然皮革具有相似的结构。将La,Ce,Gd,Er四种稀土元素,通过植物单宁负载到超细纤维表面,制备了可穿戴超细纤维基X射线防护材料(RE-MF),并对其进行了X射线屏蔽性能测试。紫外吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等分析结果表明,通过植物单宁不仅能够成功地将稀土元素负载到超细纤维表面,而且能够实现稀土元素在纤维表面的均匀分布。X射线屏蔽性能测试结果表明,在光子能量100 keV以内,负载四种稀土元素的超细纤维材料都具有良好的X射线屏蔽性能,且屏蔽效率随着负载量和厚度的增加而增大,在20~80 keV能量段,2.6 mm Gd_(4)-MF对X射线的屏蔽效率可达60%,接近0.25 mm厚度的铅板,可代替铅板成为无毒、柔软的可穿戴X射线防护材料。力学性能测试结果表明,超细纤维基X射线防护材料保持了超细纤维原有的良好力学性能,有望在X射线防护领域得到广泛应用。