液体冲压发动机燃烧室C/C-SiC复合材料的烧蚀行为及力学性能

采用固体粒子和不含固体粒子在不同含氧量下的液体冲压发动机对C/C-SiC复合材料燃烧室内层进行测试,研究两种实验条件下烧蚀严重区域和一般区域的烧蚀量、烧蚀行为及材料烧蚀后的力学性能。结果表明:在含固体粒子条件下,烧蚀严重区域烧蚀量较大,而一般区域也有一定的烧蚀量,均比不含固体粒子条件下相应区域烧蚀量大;C/C-SiC复合材料表面涂层先发生氧化反应,生成的SiO2玻璃态膜覆盖在涂层表面,阻挡了氧气的进入,有效地保护了基体材料。随着温度不断上升,材料发生主动氧化,气流的剥蚀和冲刷会加速该过程,使得SiO2难以附着在产品内表面上,SiC基体和碳纤维失去保护而被损耗。纤维变细,强度逐渐降低,纤维的增韧效果大幅减小,两种实验条件下C/C-SiC复合材料的弯曲强度和剪切强度均发生了下降,在颗粒冲刷下,材料的力学性能损失更加严重。

基于栅极用碳/碳复合材料铺层角度的优化

离子推力器是航天器的加速装置,其栅极用碳/碳复合材料部分采用铺层方法制备而成。本文以铺层法制备栅极材料为背景,为了观察不同铺层角度对碳/碳复合材料在同等静压力的冲击下发生的结构变化和形变程度影响,通过使用T700碳纤维/酚醛预浸带为原材料制备得到2mm厚的碳/碳复合材料单向层合板,对其进行力学性能测试,并得到相关力学性能参数,从而建立有限元模型对不同铺层角度复合材料进行仿真模拟分析。最后通过仿真结果分析,在同等静压力冲击下,[0/90]9铺层结构变形程度最大,且已经发生失效,材料被破坏,而[0/45/90/-45]5铺层结构变形程度最小,且材料结构完整性较好,在此实验条件下,是最稳定的铺层结构。

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料研究进展

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料具有密度低、强度和韧性高、抗氧化、耐高温等综合性能,已在国外宇航领域得到了广泛的应用。综述了国内外连续纤维补强增韧 C/SiC 陶瓷复合材料的研究进展,主要包括国内外在增韧机理、基体复合技术、界面技术以及应用等方面的研究进展情况。

超高温抗氧化碳陶复合材料研究进展

综述了国内外近年来陶瓷涂层抗氧化改性C/C复合材料和陶瓷基体抗氧化C/C复合材料研究与应用的新进展,主要包括1 800℃以下、1 800～2 200℃和2 200℃以上不同使用温度范围的抗氧化陶瓷涂层以及SiC陶瓷和超高温陶瓷基体改性复合材料.指出了目前高超声速飞行器2 200℃以上超高温抗氧化热防护材料研究中存在的问题,提出了今后研究的方向.

国外复合材料推力室技术研究进展

介绍了国外姿控轨控发动机复合材料推力室研究进展,包括推力室复合材料性能、复合材料推力室成形工艺、复合材料推力室连接技术。与难熔金属推力室相比,它具有密度低、使用温度高、无需冷却等优点,可大幅度减轻发动机结构质量,提高发动机比冲,在国外姿控轨控发动机上得到广泛应用。

超高温抗氧化复合材料研究进展

超高温抗氧化材料技术是制约新一代可重复使用液体火箭发动机技术发展的一项重要关键技术,为此国外近年来大力发展超高温(2200～3000℃)抗氧化材料技术。综述了国外新一代可重复使用液体火箭发动机用超高温抗氧化材料的研究进展,主要包括难熔金属及合金、难熔陶瓷材料、难熔碳化物、难熔硼化物和抗氧化C/C复合材料。最后指出了超高温抗氧化材料技术的研究方向。

硼酚醛烧蚀材料的研究

介绍了炭布增强硼酚醛烧蚀材料 ( 2 D C/FB)的制备 ,研究了工艺对复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明 ,硼酚醛 FB树脂 90 0℃残炭率高达 70 % ,高于普通酚醛树脂 (钡酚醛 ) ,采用优化工艺制备的 2 D C/FB材料力学性能和烧蚀性能优异 ,剪切强度高达 3 9.

炭纤维针刺预制体增强C/SiC复合材料的制备与性能研究

以炭纤维复合网胎针刺织物为预制体,采用"化学气相渗透法+先驱体浸渍裂解法"(CVI+PIP)混合工艺,制备了C/SiC陶瓷复合材料;研究了针刺预制体的致密化效率以及复合材料的微观结构和力学性能,并与目前常用的三维编织C/SiC复合材料和预氧丝针刺织物增强C/SiC复合材料进行了对比.结果表明,针刺预制体的致密化效率明显高于三维编织预制体,在相同致密工艺条件下,炭纤维针刺织物增强复合材料和预氧丝针刺织物增强复合材料的密度分别达到2.08和2.02g/cm^3,而三维编织预制体增强复合材料的密度仅为1.81g/cm^3.炭纤维针刺复合材料的力学性能高于预氧丝针刺复合材料,弯曲强度和剪切强度分别达到237和26MPa.

“CVI+压力PIP”混合工艺制备低成本C／SiC复合材料

以低成本填料改性有机硅浸渍剂作为先驱体,采用“化学气相渗透法+压力先驱体浸渍裂解法”(CVI+P-PIP)混合工艺制备了低成本C／SiC陶瓷复合材料．研究了浸渍剂裂解机理,探讨了界面涂层对复合材料性能的影响．结果表明,填料改性有机硅浸渍剂裂解产物结构致密、陶瓷产率高;压力可提高填料改性有机硅浸渍剂的致密效率．混合工艺充分利用沉积 SiC基体和裂解SiC基体的致密化特点,有效缩短了制备周期． C／SiC／C三层界面不仅可降低纤维／基体之间结合强度界面,提高了复合材料韧性;而且减缓了氧化性气体扩散到碳纤维表面的速度,改善了复合材料的抗氧化性能．复合材料的抗弯强度达到455MPa,断裂韧性达到 15．7MPa·m-1／2．在1300℃空气中氧化3h,复合材料失重仅8．5％．

内部硅化法制备低成本C/SiC复合材料

采用内部硅化法制备了低成本C/SiC复合材料,通过三点弯曲法表征了复合材料的强度,采用X射线衍射(XRD)分析了基体组成,通过扫描电镜(SEM)研究了纤维/基体界面和复合材料断裂面的微观结构。结果表明,纤维表面沉积CVD-SiC保护涂层能够有效保护碳纤维不被硅侵蚀,调整硅粉和酚醛树脂配比使C∶Si摩尔比等于10∶9,可消除SiC基体中的残余自由硅。研制的低成本2D C/SiC复合材料的弯曲强度和剪切强度分别达到247MPa与13.6MPa。2D C/SiC复合材料的断裂行为呈现韧性破坏模式,在断裂面存在大量的拔出纤维,复合材料的断裂韧性(KIC)达到12.1MPa.m1/2。

固体冲压发动机燃气阀用C/SiC复合材料研究

采用“化学气相渗透法+先驱体浸渍裂解法”(CVI+PIP)混合工艺制备了固体冲压发动机燃气阀用3D C/S iC复合材料,并对复合材料的显微结构和力学性能进行了研究。复合材料的密度为2.1 g/cm3,复合材料的室温剪切强度和轴向弯曲强度分别为55 MPa和643 MPa。在断裂过程中,复合材料表现出明显非灾难性的韧性断裂行为,试样断裂面存在大量的拔出纤维。复合材料具有优异的绝热性能,Z向热导率为14.5 W/(m.K),X-Y面内热导率为5.0 W/(m.K)。研制的3D C/S iC复合材料燃气阀成功通过冷气轴向抗冲击试验和发动机高温搭载试验考核。

树脂基防热材料烧蚀性能表征的探讨

采用氧 乙炔烧蚀试验研究了传统炭布增强酚醛(钡酚醛)、硼改性酚醛及聚芳基乙炔三种防热材料(C/BaF、C/FB、C/PAA)的烧蚀性能。结果表明,这三种材料的质量烧蚀率和基体树脂的耐热性能一致,数据变异系数Cv较小(7.1%13.8%),可作为评价烧蚀材料烧蚀性能的重要指标;线烧蚀率数据的离散系数较大(23.9%232.5%),C/BaF和C/PAA材料出现了负的线烧蚀率现象,因此线烧蚀率不适宜作为评价2D树脂基防热材料烧蚀性能的指标。采用质量烧蚀率和烧蚀因子可较好地表征和比较烧蚀材料的烧蚀性能。

高温陶瓷透波材料研究进展

简要介绍了高温陶瓷透波材料的研究进展 ,对比了陶瓷透波材料和高分子有机透波材料的力学性能和介电性能 ,提出了高温透波材料的研究重点和方向。

反应气体配比对C/SiC复合材料ICVI工艺沉积性能的影响

研究了均热法化学气相渗透工艺过程中反应气体浓度、配比及流动对沉积物和复合材料性能的影响 ,提出了一种简单反应气体在线监控法。XRD分析结果表明 ,当H2 /MTS摩尔比在 2～ 5之间时 ,可沉积出纯净均匀的碳化硅基体 ;而H2 /MTS摩尔比小于 1时 ,沉积物中含有大量自由碳。SEM分析表明 ,甲基三氯硅烷的浓度对沉积速率和沉积深度影响很大 ,随着甲基三氯硅烷的浓度减小 ,沉积深度增大 ,但甲基三氯硅烷的浓度减小引起沉积速率下降 ,沉积周期延长。确保炉内反应气体流动畅通 ,可提高沉积的均匀性和沉积速率。

C/SiC陶瓷复合材料推力室的制备与性能表征

采用"化学气相渗透法+聚合物先驱体浸渍裂解法"(CVI+PIP)混合工艺制备出连续炭纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(3D C/SiC)推力室,综合考察了复合材料的机械性能、微观结构和气密性能,以及姿控、轨控发动机环境试验考核。结果表明,"CVI+PIP"混合工艺制备C/SiC复合材料不仅工艺周期缩短,而且材料性能优异。复合材料密度达2.1 g/cm3,室温弯曲强度和断裂韧性(KIC)分别达到520 MPa和17.9 MPa.m1/2;而且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式。C/SiC复合材料推力室的高温气密性、抗氧化和抗烧蚀性能通过了双燃料液体发动机试验考核。

碳布增强聚芳基乙炔新型防热材料

本文研究了新型高碳聚芳基乙炔树脂（ＰＡＡ） 的成碳率及其碳布增强防热材料（２ＤＣ／ＰＡＡ） 成型工艺，对复合材料的性能进行了表征。结果表明，聚芳基乙炔树脂的成碳率高于酚醛树脂， Ｃ／ＰＡＡ 材料烧蚀性能优异，氧－ 乙炔线烧蚀率０ ．００４ ｍ ｍ／ｓ ；但材料机械性能较低，剪切强度仅为５ ．８ ＭＰａ 。

化学气相渗透法制备碳化硅陶瓷复合材料

综述了化学气相渗透法制备连续纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的过程，以及碳化硅陶瓷复合材料的性能及应用。

沉积温度对碳化硅基体及其复合材料的影响

研究了沉积温度对化学气相渗透ＳｉＣ基体微观结构及其碳纤维增强复合材料性能的影响。９５０℃沉积碳化硅为非晶态；１０００℃以上沉积出的碳化硅为结晶态，１０５０℃沉积碳化硅晶体以（１１１）取向为主；１２５０℃沉积碳化硅晶体以（２２０）取向为主。沉积温度升高，沉积深度和均匀性降低。制备毡基Ｃ／ＳｉＣ复合材料的沉积温度为１１００～１１５０℃；制备三维编织Ｃ／ＳｉＣ复合材料的沉积温度约为１０００～１０５０℃。

表面氧化处理对提高碳/酚醛材料性能的影响

采用次氯酸氧化和ＫＨ５５０ 偶联剂对碳纤维表面进行处理，初步研究了其对提高碳纤维及碳布增强钡酚醛材料力学性能和烧蚀性能的影响，并对氧化处理后碳纤维的表面性能进行了表征。得出，该方法是提高复合材料层间剪切强度和抗烧蚀性能的有效方法，它可使层间剪切强度提高１７．５ ％ ，线烧蚀率减小５８．６ ％ 。

高性能酚醛树脂研究进展

酚醛树脂以其价格低廉、耐热性能优异，在火箭发动机上得到广泛应用。为了进一步提高酚醛树脂的耐热性和力学性能，人们对酚醛树脂进行了大量改性研究。本文介绍了高性能酚醛树脂的研究进展及其在火箭发动机上的应用。