烧蚀防热材料的显微结构研究

研究了二种烧蚀防热材料的显微结构.研究表明:烧蚀材料1＃中的高硅氧玻璃纤维在模拟烧蚀后仍保持其纤维形态不变,并且大、中、小纤维以适当的配比结合,使得纤维堆积密度增大,从而能提高材料的机械强度;烧蚀材料2^＃具有蜂窝夹心结构,在蜂窝中填充的低密度材料是由50～100μm的空心玻璃球所组成的,这赋予它密度低、隔热性能好的特点.     

防热材料高温烧蚀-相变特性的细观研究

通过高温环境下防热材料体积烧蚀机理的分析,利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了材料烧蚀-相变特性和热力学性能变化规律。假设材料热化学反应后热解生成相介质统计均匀分布,考虑了热解反应产生的气孔与固体相介质之间的相互作用,预报了不同基体材料弹性模量随温度、加温速率之间的变化关系,并与实验结果对照,吻合较好。     

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。新的材料设计的思想是"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2 900℃,4 MW/m2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。     

多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料高温压缩性能及损伤机制

低密度烧蚀防热材料是航天飞行器热防护系统的关键候选材料,其高温力学性能是热防护结构在气动热载荷下结构完整性的关键。本文针对多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料开展高温压缩性能实验,获得了其压缩强度随温度的变化规律,结合热重、SEM分析了力载荷、热解及氧化反应对压缩强度的影响,揭示了软相碳层弥合和纤维脱黏、拔出两种韧化机制,为多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料在热防护系统的工程应用提供实验数据支撑。      

模型烧蚀量自动测试方法

为准确测试弹头模型的烧蚀量,我们设计一套结构简单的定位装置,通过建立数学模型并编制软件,在PMC650坐标测量机上我们实现了弹头模型烧蚀量的自动测试,测试结果表明该方法能快速准确测试弹头模型烧蚀量,该方法对类似问题解决具有参考价值。     

烧蚀材料综述

简述了烧蚀材料的分类和评价方法,重点介绍了常用的基体和增强体纤维的种类及其性能,展望了烧蚀材料今后的发展方向.     

航天飞行器热防护系统低密度烧蚀防热材料研究进展

基于溶胶-凝胶方法,制备不同比例多壁碳纳米管改性有机硅树脂(CNT/OSR)气凝胶和针刺石英纤维增强CNT/有机硅树脂气凝胶(QF/SC)复合材料,探究CNT含量对有机硅气凝胶及其复合材料的微观结构、防热性能和吸波性能的影响规律。研究结果表明：进行物理修饰后的CNT与有机硅树脂表现出良好的相容性,构建起了微导电、导热通道;改性后树脂的热稳定性有了明显提升,当CNT的质量分数为有机硅树脂的15wt%时,T_d10提升111.1℃;QF/SC复合材料热导率在0.054~0.075 W/(m·K)之间,经600 s表面温度达相似文献   

热阻塞效应在有机硅树脂-碳纤织物复合材料烧蚀防热中的作用

为评价热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热的贡献,根据有机硅树脂的烧蚀防热机理建立热响应过程数学模型,预测了有机硅树脂-碳纤织物复合材料的背面温度以及有机硅树脂的热物性参数,重点分析了热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热性能的影响。结果表明在400 kW/m2的热流烧蚀下,有机硅树脂-碳纤织物复合材料40 s前热阻塞效应大部分来自有机硅树脂分解产生的引射气体,40 s后则完全来自于炭燃烧产生的引射气体;阻塞因子在10 s时达到最小,此刻阻挡了121.6 kW/m2的热流进入有机硅树脂内,在整个烧蚀过程中热阻塞效应减少了4.1%的总热量进入有机硅树脂内;在热物性参数中,热阻塞效应对有机硅树脂密度影响最大,导热系数和比热容次之;与增加逸出气体质量流率相比,延长有机硅树脂逸出气体的时间更能显著提高热阻塞效应,达到更好的防热效果。      

利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法

用线阵CCD作为光电传感器非接触测量材料拉伸过程中的变形量,不但比常规的引伸计测量的方法更客观,而且可以测量材料拉伸变形到断的全过程。该方法能在X和Y两上方向上同时测量材料变形量,可以获得材料在实验的全过程中两上方向的“应力－应变”关系曲线。采用CCD拼接技术,测量精度可达到1μm,测量范围80mm。     

光干涉法高精度材料线膨胀系数测量

中国计量科学研究院研制的高精度材料线膨胀系数测量装置,满足温度范围为5～40 ℃、被测件长度在20～1 000 mm之间的线膨胀系数测量。采用激光干涉法测量被测件长度变化量,用高精度温度传感器测量温度值。设计了热平衡式干涉镜,利用空气折射率修正和零位误差补偿技术,保证在5～40 ℃变温范围内激光干涉仪的测量精度。以500 mm标准量块作为测量对象,线膨胀系数测量结果与德国物理技术研究院(PTB)测量结果的相对偏差为0.2%。材料线膨胀系数测量不确定度达到3×10^-8K^-1。     

热防护材料的研究进展

对近年来热防护材料进行了分类,同时对热防护材料的防热机理进行了分析研究,重点对改性的酚醛树脂和成碳率高的树脂进行了详细的探讨,明确提出成碳率高的树脂是下一代热防护材料的发展趋势.     

非烧蚀防隔热材料表面热防护涂层的研究进展

防隔热材料在高速飞行器中扮演着重要的角色,而其表面热防护涂层更是决定高速飞行器能否成功运行的关键。从制备、机理和性能等方面回顾了不同类别非烧蚀防隔热材料表面热防护涂层的研究进展和应用现状,总结了传统热防护涂层存在的问题,并对未来航天领域的热防护涂层的研究进行了展望。     

基于热成像的材料热扩散率测量方法研究

将一种基于热成像的薄片材料热扩散率测量方法的理论模型由二维拓展到三维,以适用于更大厚度材料的热扩散率测量。指出该方法适用的特征条件为:Z向空间导数值与材料表面和周围环境的温度差值为线性关系。仿真分析了传热距离与激励时间对特征条件的影响以及相关的信噪比问题,并在304不锈钢材料实测实验中依照仿真分析设置传热距离和激励时间以满足特征条件,结果显示厚度为1 mm和2 mm的不锈钢材料测量偏差均在3.0%以内,厚度为5 mm的不锈钢材料测量的偏差为4.1%,从而扩大了该测量方法的适用范围。     

基于激光熔覆技术的热防护材料选择

轻量化合金材料的耐高温、抗烧蚀性能较差,采用激光熔覆技术制作涂层的方法可提升其热防护性能。本文从热防护的机理出发,结合激光熔覆工艺对熔覆材料性能的要求,从现有的热防护材料和激光熔覆材料中筛选出几种可实现短时间、无冷却情况下基体热防护的熔覆材料,并对基于激光熔覆工艺的热防护材料的未来发展趋势进行了展望。     

Thermal Diffusivity Measurement of High-Conductivity Materials by Dynamic Grating Radiometry

A new apparatus based on dynamic grating radiometry (DGR) to measure the thermal diffusivity of high-conductivity materials such as graphite and diamond has been developed. In the DGR method, a sample surface is heated by interference of two pulsed laser beams, and the decay of temperature at a spot on the thermal grating is monitored by an infrared detector. In the ideal case where the grating period is much smaller than the light absorption length, the thermal diffusivity parallel to the surface can be determined from the decay constant and the grating period. This paper describes a procedure to extract the thermal diffusivity parallel to the plane while eliminating the effect of anisotropy and gives results for a preliminary measurement using Zr foil. A quadratic dependence of the time constant on fringe space has been observed in the fringe space change. Data are also presented for a 0.1-mm-thick graphite sheet. The results indicate the capability of DGR to measure anisotropic high-conductivity materials.     

基于单光束干涉仪的机床主轴热误差实时测量

主轴热误差是数控机床的主要热误差源,本提出了一种使用三路单光束干涉仪（SBI3）进行机床主轴热误码差的非接触式实时测量方法。可以快速准确地测量主轴热误差。实验结果表明,所测立式加工中心主轴热误差沿Z轴方向最大,约为50μm,测量误差约为1.0μm。     

瞬态热带恒功率法测量导热率

基于传统热桥法基本原理,提出了新的非对称结构模型--瞬态热带恒功率法用于测量材料的导热率。非对称结构模型将热源热带与温度传感热带电路彼此独立,消除了热带电阻自热以及环境温度变化带来的影响。通过短时间内快速测量恒流电路中两热带的电压差随时间的变化关系准确测量材料的导热率。依据此模型设计了热带加热片,建立了基于LabVIEW测试软件的实验装置自动测量平台,实验测量结果与参考材料导热率具有良好的一致性,相对偏差在3％左右,验证了该理论模型的有效性。     

热探针法测定含湿土壤的导热系数

根据线热源瞬态导热模型,设计制作了用于测定含湿土壤导热系数的热探针,研究了加热功率、加热时间、探针壁厚对导热系数测定的影响。对不同含水量的土壤导热系数进行测定,得出纯土、河沙含水量～导热系数拟合关系式。结果表明,热探针法测定含湿土壤的导热系数具有便捷、准确的特点。     

基于连续激光加热法测量金属材料的比热容

提出了一种基于连续激光加热测量金属材料比热容的方法。建立有限尺寸试样在连续加热条件下的传热和准稳态测量模型,使用COMSOL Multiphysics仿真软件进行数值模拟验证。考虑实际测量过程中金属试样存热损失,对模型进行了热损失修正,仿真验证了在试样表面综合传热系数小于80W/(m2·K)的情况下,修正后的测量模型偏差小于±0.81%。使用532nm连续激光器作为加热源,加工了TC4钛合金、316L不锈钢、45钢、7075铝合金和T2紫铜等金属试样并在试样上打微孔,对受热面喷涂石墨,使用极细K型热电偶对试样内部温升进行测量,并使用T2紫铜的参考值对系统参数进行标定。实验结果表明,在常温下实验装置的测量重复性优于0.91%,各金属试样测量结果平均值与数据手册参考值的相对偏差均小于±3.1%。测量结果相对扩展不确定度为U=3.66%(k=2)。