纤维分布对C/C复合材料烧蚀性能的影响

采用电弧驻点烧蚀试验研究纤维分布对C/C复合材料烧蚀性能的影响,表征非均匀编织体结构C/C复合材料中不同大小结构单元、不同方向材料的烧蚀性能。结果表明,细化预制体结构单元,可以提高C/C复合材料的抗烧蚀性能;垂直燃气流方向的纤维与平行燃气流方向的纤维相比,纤维含量提高有利于材料抗烧蚀性能的提高。该结果可用于烧蚀C/C复合材料预制体结构的设计中。     

C/C-SiC-Cu复合材料的弯曲性能

以炭纤维无纬布/网胎针刺整体毡为增强体,先采用化学气相渗透法(chemical vapor infiltration, CVI)沉积热解炭制备C/C多孔体,之后使用CVI沉积Si C和压力熔渗Cu制备C/C-SiC-Cu复合材料。研究C/C多孔体密度和Si C含量(体积分数φ,下同)对C/C-SiC-Cu复合材料弯曲性能的影响。结果表明,随着C/C多孔体密度和Si C含量增加,热解炭和Si C在炭纤维周围形成具有较高结合强度的界面,二者的增强作用得以充分发挥,C/C-SiC-Cu复合材料的抗弯强度显著增加。弯曲断裂时,热解炭和SiC基体对炭纤维的拔出有抑制作用,C/C-SiC-Cu复合材料的载荷-位移曲线呈起伏台阶式下降,表现出明显的假塑性断裂特征。     

基体炭含量对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

在M2000型摩擦试验机上,以表面镀Cr的40Cr钢为配副,测试了基体炭分别为光滑层热解炭(SL)、树脂炭(RC)和热解树脂炭(SL/RC)的3种C/C复合材料摩擦磨损行为.结果表明:随载荷增加,基体炭为全SL炭的材料A摩擦因数变化小,在0.117～0.105之间;全RC炭的材料B波动最大,在0.156～0.123之间;基体炭中SL炭质量分数为48.9%、RC炭质量分数为20.2%的材料C的摩擦因数波动幅度接近于材料A,在0.120～0.110之间.材料C的体积磨损最小,在0.191～0.620 mm3之间.随时间延长,材料A、C的摩擦因数稳定,材料B的下降幅度最大.SEM观察表明,随载荷增加,材料B摩擦表面逐渐致密、完整,材料C摩擦表面的纤维磨损现象加重.     

多孔体密度对C/C-Cu复合材料压缩性能的影响

以炭纤维无纬布/网胎针刺整体毡为增强体,采用化学气相浸渗(CVI)法制备不同密度的炭/炭(C/C)多孔体,并进一步加压浸渗铜合金制备炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,研究C/C多孔体密度对C/C-Cu复合材料压缩性能的影响。结果表明:C/C-Cu复合材料压缩强度在平行和垂直方向差异小;随C/C多孔体密度升高,C/C-Cu复合材料压缩强度提高,各向异性得到改善;多孔体密度为1.65 g/cm3时,材料在平行和垂直两个方向的压缩强度都达到最大值,分别为323.8 MPa和326.6 MPa;平行方向以多层复合剪切破坏形式为主;垂直方向基本沿45°对角线方向剪切破坏。     

反应熔渗法制备C/C-ZrC复合材料的微观结构及烧蚀性能

采用反应熔渗法(reactive melt infiltration,RMI)制备ZrC改性多孔C/C复合材料,研究不同孔隙度的C/C多孔体在熔渗过程中的增密行为和渗Zr后的相组成及微观形貌,探寻具有最佳熔渗效果的C/C多孔体,并研究所得C/C-ZrC复合材料在不同温度下的氧乙炔焰烧蚀行为。结果表明,随C/C多孔体密度增加,C/C-ZrC复合材料的密度降低;其中密度为1.40 g/cm3的多孔体熔渗效果最佳,开孔隙率由熔渗前的28.2%降低到6.6%。;熔渗的Zr液易与网胎层处的炭纤维和基体炭反应,生成的ZrC陶瓷相主要分布在原网胎层位置。择取原始密度为1.40 g/cm3的C/C多孔体熔渗后进行60 s的氧乙炔焰烧蚀实验,在3 000℃下的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.003 3 mm/s和0.004 2 g/s,在2 500℃下的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.008 0 mm/s和0.009 0 g/s,C/C-ZrC复合材料在3 000℃下的抗烧蚀性能明显优于2 500℃下的抗烧蚀性能。     

C/C复合材料烧蚀性能的研究进展

C／C复合材料是一种良好的抗烧蚀和耐高温结构材料,广泛地应用于航天航空各领域。在此,作者综述了C／C复合材料烧蚀性能的测试方法、烧蚀机理、烧蚀模型以及抗烧蚀的研究状况。     

新型C/C复合材料基体前驱体-COPNA树脂

以苯甲醛为交联剂, 萘为单体, 在浓硫酸催化下, 反应得到未交联的缩合多核芳香烃（COPNA）树脂. 采用红外光谱, 差热/热重分析仪等, 对COPNA树脂的合成反应及COPNA树脂的热稳定性进行了分析. 用合成的COPNA树脂对T300 6K炭布缠绕的坯体进行浸渍增密制备出了COPNA基炭/炭复合材料制品, 在常压浸渍固化炭化的条件下, 其残炭率达到53.15%. 研究结果表明： 优化单体与交联剂的物质的量比及催化剂的用量, 残炭率还有上升的空间, 显示出COPNA树脂是一种极具前景的新型C/C复合材料基体前驱体.     

脉冲CLVD+PIP联用工艺制备C/SiC复合材料

以液态聚碳硅烷(LPCS)为先驱体,采用脉冲化学液气相沉积(脉冲CLVD)与先驱体浸渍裂解(PIP)联用工艺制备了C/SiC复合材料。采用排煤油法测定了材料的密度,三点弯曲法测试材料的力学性能,采用扫描电子显微镜观察弯曲试样的断口形貌。结果表明:密度为1.76 g.cm-3的沉积试样在经过5轮PIP工艺处理后,材料的密度达到1.98 g.cm-3,抗弯强度达到321.9 MPa,和PIP工艺完全致密化的复合材料的密度及性能相当,但制备周期缩短到10天。材料中的PIP-SiC基体除了能填充纤维束间及层间的大孔隙,还能进一步填充纤维束内由于纤维束丝分布不均匀而在脉冲CLVD工艺过程中残留的大孔隙。     

炭纤维增强树脂炭复合材料的烧蚀性能

采用等离子烧蚀方法研究了炭纤维增强树脂炭复合材料的烧蚀性能,并对其烧蚀表面形貌进行扫描电镜现察。结果表明,材料取向对其烧蚀性能有很大影响。     

C/C-Cu复合材料的微观结构与冲击性能

以炭纤维针刺整体毡为增强体,采用化学气相渗透(CVI)工艺制备出不同密度的炭/炭(C/C)多孔体,利用气压浸渍法将Cu合金渗入到C/C多孔体中制备C/C-Cu复合材料。在简支梁摆锤式冲击试验机上测试C/C-Cu复合材料的冲击性能,采用金相显微镜和扫描电镜观察材料的微观结构和断口形貌。结果表明:铜合金在C/C多孔体中分布均匀;C/C-Cu复合材料垂直方向的冲击韧性优于平行方向的冲击韧性;随C/C多孔体密度的增加,材料的冲击韧性先增加后降低。C/C多孔体密度适中(1.44 g/cm3)时,C/C-Cu复合材料内炭纤维、热解炭、铜合金等组分协同作用,在平行和垂直2个方向的冲击韧性都达到最大值,分别为2.68 J/cm2和4.45 J/cm2,具有假塑性断裂行为的特征。     

SiC含量对C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以整体碳毡为预制体,经化学气相渗透法制得C/C多孔坯体,然后采用反应熔融浸渗法制得C/C-SiC摩擦材料,探究SiC含量对C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:C/C-SiC试样的摩擦因数随着SiC含量的增加呈现先上升后下降的趋势,当SiC含量为29.88%时摩擦因数达到最大值0.62。当SiC含量低于33.56%时磨损率的变化规律与摩擦因数比较一致,当SiC含量高于33.56%时磨损率的变化规律与摩擦因数则呈相反的变化趋势。因此,SiC含量为33.56%时是该摩擦材料摩擦磨损性能的拐点。     

分散炭纤维对C/C-SiC复合材料压缩性能的影响

以短炭纤维为增强体,采用浸渍模压炭化增密工艺制备C/C多孔体,结合反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料。采用电子万能试验机测定复合材料的压缩性能,利用扫描电镜观察该材料及其断口显微形貌;研究纤维分散性对C/C多孔体孔隙和C/C-SiC复合材料压缩性能的影响。结果表明:分散炭纤维制备的C/C多孔体中纤维分布更均匀,没有因纤维束搭桥而产生大孔隙等缺陷;分散纤维增强的C/C-SiC复合材料在平行方向和垂直方向均有较好的压缩性能,其压缩强度分别为100.6 MPa和76.2 MPa。     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其影响因素的研究进展

比较了C/C-SiC复合材料的3种主要制备方法,介绍了反应熔渗法制备工艺,以及液Si渗入C/C多孔体、液Si与固体C反应和C/C-SiC复合材料性能的主要影响因素,提出了尚待解决的关键问题。     

热解炭微观结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

研究了热解发光学特性分别为粗糙层结构和光滑层结构试样的摩擦磨损性能。粗糙层结构试样由于具有较高的导热系数,其传热和散热能力比光滑层结构试样的强。在300～800℃时,粗糙层结构试样的膨胀系数基本保持稳定,而光滑层结构试样的膨胀系数随温度升高递增,使刹车过程中前者摩擦因数稳定,后者摩擦性能差。利用场发射高分辨电子显微镜研究了粗糙层结构和光滑层结构试样的微观结构。结果表明;前者生长择优取向明显,生长表面光滑,在摩擦过程中形成片状的石墨结构磨屑,保持稳定的摩擦性能;后者则为低织构疏松层状结构,生长表面粗糙。在磨擦过程中形成颗粒状或大团状结构,导致摩擦性能不稳定。热解炭微观结构的差异是导致2种结构试样热性能、摩擦磨损性能差异的根本原因。     

C/C坯体密度对熔融渗硅法制备的C/C-SiC复合材料摩擦行为的影响

以密度分别为0.92,1.10和1.46 g/cm3的多孔C/C材料为坯体,采用熔融渗硅法获得密度分别为1.94,1.86和1.79 g/cm3的C/C-SiC复合材料A、B和C。将C/C-SiC复合材料与40Cr钢配副进行滑动摩擦实验,研究其摩擦磨损行为。结果表明:随载荷增加,坯体密度为1.83 g/cm3的材料B的摩擦因数较稳定,基本围绕0.60波动,波动幅度0.2。材料A的摩擦因数波动幅度为0.3,而材料C的摩擦因数呈直线下降,降幅最大达0.5。但随时间延长,在试验载荷下,材料A的摩擦因数稳定性最好,波动幅度为0.07。SEM形貌表明,低载荷下,C/C-SiC复合材料的陶瓷相磨屑易聚集在摩擦膜边缘,而高载荷下磨屑分布较均匀,但摩擦表面都较粗糙,未形成完整、致密的摩擦膜。     

含P,B,Si化合物涂层对C/C复合材料抗氧化性能的影响

以P,B和Si等的化合物为主要组元的涂层对C/C复合材料进行表面抗氧化处理,在700,900℃时进行氧化实验,用SEM观察涂层在氧化前、后形貌的变化,用样品的失重分析成分对涂层抗氧化性能的影响。研究结果表明:浸涂次数对涂层抗氧化性能影响较大,浸涂2次的样品比只浸涂1次的样品的氧化失重低;具有最佳抗氧化效果的涂层在700℃,氧化10h时氧化失重率为0.26％,在900℃,6h时的氧化失重率不超过2％。通过SEM检测发现,涂层在氧化前与涂层具有良好的结合性,没有产生大的缺陷,涂层内低熔点物质在氧化过程中逐步偏聚、挥发导致其抗氧化能力降低。