金属粉体对细编穿刺织物的损伤及其微观形态的研究

在C/C复合材料中引入难熔金属化合物,可进一步提高C/C材料超高温抗烧蚀性能,采用细编穿刺工艺成型含金属粉体织物,是制备低烧蚀C/C复合材料一条新的技术途径.讨论了添加金属粉体对细编穿刺织物的性能影响,在碳布和碳纤维中引入纳米、微米级粒径粉体,对碳布和碳纤维进行测试,分析了不同粒径粉体对碳布和碳纤维在工艺过程中损伤情况的影响.并对其进行了分散形貌和微观形态的分析.展示了纳米级粉体引入细编穿刺织物的良好前景.     

金属粉体对细编穿刺织物的损伤及其微观形态的研究EI

在C/C复合材料中引入难熔金属化合物,可进一步提高C/C材料超高温抗烧蚀性能,采用细编穿刺工艺成型含金属粉体织物,是制备低烧蚀C/C复合材料一条新的技术途径.讨论了添加金属粉体对细编穿刺织物的性能影响,在碳布和碳纤维中引入纳米、微米级粒径粉体,对碳布和碳纤维进行测试,分析了不同粒径粉体对碳布和碳纤维在工艺过程中损伤情况的影响.并对其进行了分散形貌和微观形态的分析.展示了纳米级粉体引入细编穿刺织物的良好前景.     

燃气发生器条件下穿刺C/C复合材料喷管的烧蚀性能研究

研究了穿刺C/C复合材料喷管在酒精/氧气燃气发生器模拟的液体火箭发动机富氧燃气环境中的烧蚀性能, 分析了穿刺C/C复合材料的烧蚀机理及燃气参数对烧蚀性能的影响. 结果表明, 喷管喉部线烧蚀率为(0.055±0.029)mm/s, 质量烧蚀率为0.186kg/(m²·s). 喷管收敛段下游到喉部区域烧蚀最严重, 收敛段上游其次, 扩散段烧蚀最弱. 烧蚀过程是热化学烧蚀和气流冲刷综合作用的结果, 燃气温度和氧化性组分H₂O和CO₂含量决定穿刺C/C复合材料热化学烧蚀率, 压强和流速影响穿刺C/C复合材料的机械剥蚀.     

不同预制体结构C/C复合材料轴向热力学性能分析

主要对比了编织C/C复合材料和针刺C/C复合材料的轴向热力学性能.编织C/C复合材料主要有径棒法、轴棒法、轴向穿刺三种,针刺C/C复合材料主要有炭布叠层针刺、整体毡两种.编织预制体密度较高,平均可达到0.70g/cm3以上,针刺类整体毡密度在0.20g/cm3左右,炭布叠层预制体密度在0.45g/cm3左右,均低于编织预制体.径棒法、轴棒法、轴向穿刺预制体轴向纤维含量≥19%,针刺类预制体轴向纤维含量约为5%.C/C复合材料的轴向拉伸强度、热膨胀系数与预制体编织结构、轴向纤维含量有关,编织类C/C复合材料轴向拉伸强度平均值≥40MPa,针刺类C/C复合材料轴向拉伸强度在10MPa左右.轴棒法、轴向穿刺、炭布叠层针刺、整体毡等四种C/C复合材料(RT～800℃)轴向热膨胀系数基本相当.     

C/C复合材料烧蚀性能分析

阐述了C/C复合材料性能的优越性及烧蚀机理,并建立了剥蚀机理的物理模型;讨论了环境影响和表面粗糙度的生死循环,并且分析了C/C的机械剥蚀和热化学烧蚀,得到了一些启示。这为热防护领域做了些有益的探讨。      

2D-C/C复合材料及其石墨化制品烧蚀特性分析

以液化石油气为碳源,2D炭纤维织物为基体,通过1000℃~1100℃沉积热解炭,制备了沉积态2D-C/C复合材料。通过对沉积态2D-C/C复合材料在2800℃热处理10h制备了石墨态2D-C/C复合材料。采用小型发动机烧蚀实验对两种复合材料的烧蚀性能进行了测试和评价;通过比较两种复合材料的孔隙分布、基体和纤维的结合强度以及热导率,解释了它们不同的烧蚀特性和烧蚀机理。结果表明:沉积态2D-C/C复合材料由于孔隙分布少、基体和纤维结合强度大、面间热导小,烧蚀主要由热化学反应(氧化)控制,烧蚀表面平整,烧蚀率为0.033mm/s。石墨态2D-C/C复合材料由于孔隙分布多、基体和纤维结合强度小,烧蚀主要由氧化和机械剥蚀控制,烧蚀表面出现烧蚀坑,烧蚀率为0.046mm/s。     

热解炭结构对C/C复合材料烧蚀性能的影响

采用电弧驻点烧蚀试验方法测试了具有典型光滑层和粗糙层热解炭结构的两种C/C复合材料的烧蚀率,研究了热解炭结构对C/C复合材料烧蚀性能的影响.结果表明:热解炭结构对C/C复合材料烧蚀性能有较大的影响.具有粗糙层结构的C/C复合材料石墨化度高,不同炭结构之间结合好,线烧蚀率和质量烧蚀率较小,烧蚀性能较好;具有光滑层结构的C/C复合材料石墨化度低,烧蚀性能较差.     

烧蚀条件对混合基体C/C复合材料烧蚀性能的影响

采用电弧驻点烧蚀技术,在不同焓值、驻点压力和烧蚀时间条件下对混合基体C/C复合材料的烧蚀性能进行了研究,结果表明:电弧驻点烧蚀条件下,混合基体C/C复合材料的烧蚀以机械剥蚀为主;焓值增加、驻点压力提高、烧蚀时间延长,烧蚀率增加.C/C复合材料的烧蚀性能对驻点压力十分敏感,当压力提高一倍时,材料烧蚀率将成倍增长;质量烧蚀率与驻点压力和气流焓值的关系为:mt=0.0034·H1.0663S·P1.8270S.     

ZrB2改性C/C复合材料微观结构及烧蚀性能的研究（英文）

采用超声波真空浸渍-碳热还原法将ZrB2引入碳纤维预置体,结合热梯度化学气相渗透、高温石墨化工艺制备了ZrB2改性C/C复合材料.氧-乙炔烧蚀测试结果表明,添加了6.87 wt%ZrB2后,C/C复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降了64.9%和67.5%.分析表明,C/C复合材料的烧蚀主要是由热化学和热物理反应控制,机械剥蚀在烧蚀过程中仅起到次要作用.烧蚀产物ZrO2/B2O3在烧蚀过程中的挥发会带走大量的热,从而减少了烧蚀火焰对烧蚀表面的热冲击.     

HfC改性C/C复合材料整体喉衬的烧蚀性能研究

采用热梯度化学气相沉积工艺制备了碳化铪改性和未改性整体炭毡增强的炭/炭(C/C)复合材料整体喉衬, 采用小型固体火箭发动机试车台装置(平均工作压强为7MPa)测定了它们的烧蚀性能. 结合扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析, 讨论了碳化铪改性对C/C复合材料整体喉衬烧蚀行为的影响. 结果表明:与未改性的C/C复合材料整体喉衬相比, 碳化铪改性C/C复合材料整体喉衬的烧蚀过程中存在一个线烧蚀率恒定的稳定烧蚀阶段, 且其线烧蚀率减小了34%, 质量烧蚀率减小了13%.     

高性能针刺碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能针刺碳/碳复合材料, 拓展其应用领域, 通过优化针刺工艺参数, 设计并研制了不同结构参数的针刺预制体。采用沥青高压致密化工艺将针刺预制体制备成一系列针刺碳/碳复合材料, 研究了针刺碳/碳复合材料的微观结构、力学性能和热物理性能。结果表明, 针刺预制体的针刺深度、针刺密度以及短/长纤维配比等对碳/碳复合材料的力学性能和热物理性能影响显著。当针刺深度为12 mm、针刺密度为22针/cm ²、短/长纤维比例为1.0 : 4.8时, 针刺碳/碳复合材料表现出优良的综合性能, 拉伸、压缩、弯曲、面内剪切和层间剪切强度分别达到207、228、285、54和28 MPa。     

烧蚀型面结构对CVI+HPIC工艺制备针刺C/C喉衬等离子烧蚀性能的影响

以碳纤维无纬布/碳纤维网胎叠层针刺预制体为增强体, 经化学气相渗透(CVI)联合沥青高压碳化(HPIC)工艺制备了热解碳+沥青碳双元基针刺C/C喉衬材料, 利用X射线断层扫描(μ-CT)和扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构, 采用等离子烧蚀试验考察了针刺喉衬材料X-Y纤维铺层面(0°)、Z向针刺面(90°)以及两者间过渡层面(23°、45°和68°)的烧蚀性能。结果表明, 采用CVI+HPIC组合工艺能使针刺材料达到高致密态, 获得了孔隙率仅为4%的C/C材料, 材料内部孔隙呈离散态分布, 其中98%的孔隙为小于20 μm的小孔。烧蚀结果显示, 针刺C/C材料不同区域的烧蚀性能存在差异, 从X-Y层面(0°)到Z向针刺面(90°), 其耐烧蚀性能呈先增强后减弱的趋势, 68°层面耐烧蚀性能最好, 线、质量烧蚀率分别为0.056 mm/s、0.050 g/s。烧蚀面纤维的排布是影响烧蚀性能的关键因素, 68°层面因形成的尖端烧蚀模式占比较高, 表现出最佳的耐烧蚀性能。     

具有应变诊断功能的碳纤维机敏复合材料研究

分别以单向碳纤维带、正交碳纤维布、碳纤维毡为增强材料，乙烯基酯树脂（3201）、柔性树脂为基体，制备出了一类导电复合材料．研究了该类复合材料在拉伸条件下，体积电阻率-应变之间的变化规律。其中，单向碳纤维带复合材料和正交碳纤维布复合材料的体积电阻率-应变曲线存在突变，而碳纤维毡复合材料的体积电阻率-应变曲线能很好的拟合成直线。实验结果表明，碳纤维毡适合制备机敏复合材料传感部件。     

碳纤维复合材料力学性能研究进展

目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。     

炭纤维增强明胶复合材料的性能研究

制备了不同形式炭纤维增强的明胶复合材料,对不同复合材料的力学性能进行了测量与分析,并对复合材料的拉伸断口进行了观察,研究表明,长炭纤维增强明胶（CL/Gel)复合材料具有最高的拉伸强度,剪切强度和模量,而炭纤维毡增强明胶（CF/Gel)复合材料因内部存在较多的孔隙使其力学性能最差,因此,炭纤维毡不能用于增强明胶材料,由于纺织炭纤维布增强明胶（Cw/Gel)复合材料的纤维维束内亦有孔隙,炭纤维布的增强效果不及长炭纤维。     

The effect of thermoplastic coating on the mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites

The effect of a polyetherimide (PEI) coating on the mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites was investigated by thermal mechanical analysis, fractographical analysis and mechanical properties measurements. PEI coating enhanced the mechanical properties of carbon/epoxy composites mainly through the improvement of matrix properties. This was because most of the PEI coated on the carbon fiber diffused into the bulk of epoxy matrix due to its good miscibility with epoxy resin. As for mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites, the extent of improvement by PEI coating highly depended on the applied stress state. Among the mechanical properties, mode II delamination resistance of carbon/epoxy composites showed the highest increment because matrix shear property played an important role in delamination resistance of woven fabric carbon/epoxy composite. Because of the woven geometry of carbon fiber, the improvement in impact property of carbon/epoxy composite was trivial except the large amount of PEI coated case.     

碳毡及编织结构碳/碳复合材料常温力学性能研究

为研究两种不同预制体增强的碳/碳(C/C)复合材料的损伤破坏机制差别,将为该材料应用于结构件提供依据,对碳毡及2.5D编织结构增强的C/C复合材料的常温弯曲、剪切、压缩性能进行了测试,并用扫描电镜观察其断面形貌,对C/C复合材料在静态载荷下的力学性能及损伤破坏行为进行研究,探讨有关因素对材料性能和损伤破坏的影响.研究结果表明:两种不同增强体的C/C复合材料的断裂机理存在很大差异,且密度对C/C复合材料的常温力学性能有较大的影响.     

热处理对含CSiCTaCC界面C/C复合材料力学性能的影响

以准三维针刺炭纤维毡为预制体, 采用化学气相渗透工艺在预制体中炭纤维/基体炭之间制备C-SiC-TaC-C复合界面, 利用树脂浸渍-炭化工艺对材料进一步增密, 获得含C-SiC-TaC-C界面的C/C复合材料。研究了1400～2500℃不同温度热处理前后复合材料的微观结构和力学性能。结果表明: 热处理前, SiC-TaC界面为管状结构, 复合材料的抗弯强度为241.6 MPa, 以脆性断裂为主; 经1400～1800℃热处理后, TaC界面破坏呈颗粒状, 复合材料的平均抗弯强度下降到238.9～226.1 MPa, 其断裂方式不变, 但断裂位移由0.7 mm增至1.0 mm; 经2000～2500℃热处理后, SiC、 TaC界面均受到破坏, 复合材料平均抗弯强度急剧下降至158.7～131.8 MPa, 断裂方式由脆性断裂转变为假塑性断裂。      

针刺C/SiC复合材料应力-应变模型及试验验证

研究了室温下针刺C/SiC复合材料的静拉伸应力-应变行为。基于显微CT技术重构的微观型貌,选取恰当的代表体积单元,建立了针刺C/SiC复合材料应力-应变性能预测的单胞模型。基于可实现任意加卸载下单向纤维增强C/SiC复合材料应力-应变计算的界面摩擦模型,由材料的细观组分性能计算出单向纤维束层的应力-应变响应,然后将单向纤维束层的应力-应变响应代入到单胞模型中,通过有限元法计算得到针刺C/SiC复合材料的整体应力-应变响应。进行了针刺C/SiC复合材料静拉伸试验,测得材料的应力-应变响应,计算结果与试验吻合较好。      

烧蚀时间对C/C-SiC复合材料高超声速富氧环境烧蚀机制的影响

为了研究烧蚀时间对C/C-SiC复合材料在高超声速富氧环境下烧蚀机制的影响规律,采用富氧环境下的高超声速烧蚀试验技术,对“化学气相渗透+先驱体浸渍裂解”混合工艺制备的针刺C/C-SiC复合材料动态烧蚀机制进行研究,并采用电子扫描显微镜观察烧蚀表面形貌。研究表明:在极端苛刻的高超声速富氧烧蚀环境下,C/C-SiC复合材料能够短时抵抗高温、高压、高超声速燃气射流的氧化工作环境。材料经高超声速富氧烧蚀10 s、20 s、30 s、40 s及50 s后的质量烧蚀率分别为0.021 g/s、0.025 g/s、0.027 g/s、0.026 g/s与0.034 g/s。C/C-SiC复合材料在高超声速富氧环境下的动态烧蚀行为主要受热化学烧蚀与机械剥蚀两种烧蚀机制共同作用。在初始阶段,SiO₂保护膜的存在有效阻止了氧化性组分向基体内部的扩散,仅材料中心区域存在轻微热化学烧蚀;烧蚀试验中期,材料的烧蚀主要表现为热化学烧蚀与机械剥蚀联合作用,并由热化学烧蚀向机械剥蚀呈渐变性转变;烧蚀试验后期,基体的深度反应使得材料的烧蚀主要表现为纤维与基体的大面积片状剥落。