防隔热一体化TPS材料制备及耐高温性能EI北大核心

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。     

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。      

烧蚀／隔热一体化的低密度材料性能研究

通过添加功能性填料，采用酚醛树脂作为基体，调整材料配方与成型工艺，制备了烧蚀，隔热一体化低密度复合材料，测试了材料的热物理性能、力学性能与静态绝热性能。结果表明，材料的室温．高温隔热性能参数均得到降低，室温下能降低到标准材料的16％，800℃下隔热性能参数下降到33．6％，材料的隔热性能得到大幅度提高。通过调整增强材料种类，低密度材料的拉伸强度达到100MPa，弯曲强度达到113MPa，提高了低密度化材料综合力学性能。     

不同压条件下热压浸渍裂解法制备Cr／SiC复合材料的性能

通过先热压后先驱体浸渍裂解工艺制备３Ｄ－Ｂ Ｃｆ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料,以期达到缩短材料制备周期的目的,着重研究了不同压力和加絷时机对３Ｄ－Ｂ Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料性能的影响。     

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.     

Cf/SiC复合材料制备工艺研究

结合材料复合过程中纤维编织体易变形的问题,系统研究了复合材料制备过程中编织体变形的规律,以及对所制备复合材料结构和性能的影响.通过实验研究发现,编织体体积控制有利于复合材料增强体纤维的均匀分布,实现复合材料结构和性能的均一化,有利于复合材料整体性能的提高,并且,编织体体积控制有利于提高复合材料的致密化速率,最终获得高致密度、高性能的复合材料.     

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％.     

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。     

含铁碳化硅复合材料的制备

以聚碳硅烷(PCS)、羰基铁(Fe(CO)_5)、二乙烯基苯(DVB)和碳化硅(SiC)纤维为原料,采用先驱浸渍裂解工艺制备含铁碳化硅纤维增强碳化硅基(SiC_f/SiC)复合材料,研究了原料配比对交联反应的影响,以及浸渍次数对复合材料致密度及陶瓷产率的影响。研究表明:当羰基铁添加量为20%(质量分数),二乙烯基苯为5%(质量分数)时有利于基体交联的进行;经1100℃裂解后基体中可明显观察到β-SiC晶体的生成;经5次浸渍裂解,制得的复合材料密度为1.72g/cm~3,孔隙率为20.43%,陶瓷产率得到提高,达到82.67%。     

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。     

热压浸渍裂解法制备3D-B Cf/SiC复合材料性能的研究

本文通过先热压后先驱体浸渍裂解工艺制备 3D BCf SiC陶瓷基复合材料 ,以期达到缩短材料制备周期的目的。着重对热压温度、压力、时间等因素进行了研究 ,得到了可优化材料性能的工艺参数     

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。     

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...     

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。     

C/SiC复合材料的低温制备工艺研究

陶瓷基复合材料制备温度过高一直是制约其引入主动冷却工艺、突破其本征使用温度的主要原因之一。采用差热(TG-DTA)、红外(IR)、X射线衍射(XRD)等分析测试手段,研究了聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)的裂解及化学转化过程,从理论上说明了先驱体聚碳硅烷(PCS)低温(1000℃)陶瓷化的可行性。结果表明:聚碳硅烷在750℃实现无机化,880℃开始结晶,即聚碳硅烷在高温合金耐受温度范围(1000℃)内,即可实现陶瓷化。以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,炭纤维为增强体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺低温制备了炭纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,当制备温度为900℃时,所制备C/SiC复合材料密度为1.70g/cm3,弯曲强度达到657.8MPa,剪切强度为61.02MPa,断裂韧性为22.53MPa.m1/2,并采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观形貌进行了分析。     

先驱体浸渍-裂解法制备SiBN纤维增强SiBN陶瓷基复合材料

连续纤维增强氮化物陶瓷基复合材料是耐高温透波材料的主要发展方向,纤维是目前制约耐高温透波复合材料发展的关键,而SiBN陶瓷纤维是一种兼具耐高温、透波、承载的新型陶瓷纤维。以聚硅氮烷为陶瓷先驱体,以SiBN连续陶瓷纤维为增强体,采用先驱体浸渍-裂解法制备了SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,研究了复合材料的热膨胀特性、力学性能、断裂模式以及微观结构。结果表明:SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料呈现明显的脆性断裂特征,复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别为88.52 MPa和6.6 MPa,纤维的力学性能仍有待于提高。     

CVI-PIP工艺制备C/SiC复合材料及其显微结构研究

采用化学气相渗透(CVI)与先驱体浸渍裂解(PIP)两种工艺方法联用制备C/SiC陶瓷基复合材料,通过与单纯PIP工艺的致密化效率比较,复合材料的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析,结果表明:采用CVI-PIP联用的方法制备C/SiC复合材料,致密化程度有明显的提高.CVI沉积SiC基体结晶性较好,为典型的β-SiC晶体结构;而PIP先驱体聚碳硅烷裂解基体为无定型结构,基体结构差异是决定材料结构与性能的关键因素.     

T300碳纤维热处理对Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷先驱体浸渍裂解工艺制备T300碳纤维增强3D Cf/SiC复合材料,研究了T300碳纤维预先热处理对材料性能的影响.结果表明,热处理能够弱化Cf/SiC复合材料中纤维-基体界面结合,减少碳纤维在复合过程的损伤,显著提高复合材料性能.纤维经热处理后制备的Cf/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性分别从未经处理的154MPa,4.8MPa·m1/2提高到437MPa,20.4 MPa·m1/2.