加强航天青年科研人员思想政治引领途径探索——以西安航天复合材料研究所青年群体为例

航天青年科研人员是国家宝贵的人力资源,具有信念坚定、思维活跃、可塑性强等特点。航天企业要充分发挥行业优势和丰富经验,为国家培养出高质量的科研人才。文章重点分析了航天青年科研人员思想政治引领的现实意义,阐述航天青年科研人员思想政治现状和特点,探索出一套针对航天系统青年科研人员思想政治引领行之有效的办法及措施。

CF增强PEEK复合材料原位成型与容器性能研究

采用激光原位铺放方法,制备了CF/PEEK复合材料层合板和压力容器,并通过内压爆破试验,对CF/PEEK压力容器的内压承载性能进行了表征。结果表明,研制的CF/PEEK压力容器有效爆破压强为18.33MPa,容器特性系数为40.3km,具有较为优异的内压性能。

超高温陶瓷改性C/C复合材料抗氧化烧蚀性能研究进展

碳/碳(C/C)复合材料具有高强、轻质和耐温等优势,在航天领域取得广泛应用;但由于其抗氧化性能较差,难以满足高超声速飞行器长时飞行、大气层再入飞行和跨大气层飞行的服役环境。利用超高温陶瓷改性C/C复合材料(C/C-UHTC)可以显著提高C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能,有望满足新一代飞行器长时间抗氧化、抗烧蚀及结构强度的要求。本文总结了C/C-UHTC复合材料烧蚀性能的常用测试方法,包括氧-乙炔烧蚀、等离子烧蚀、激光烧蚀和风洞烧蚀,简要介绍了各种烧蚀性能测试方法的特点。此外,对近年来Zr系和Hf系单组元、双组元和三组元C/C-UHTC复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理进行详细阐述。

超高温陶瓷改性C/C复合材料抗烧蚀性能研究进展

随着航空航天事业的发展,C/C复合材料被广泛应用于该领域,但是高温抗氧化性能较差的缺点限制了它的使用范围。通过基体改性的方法将超高温陶瓷(UHTCs)引入到C/C复合材料中是提高C/C复合材料抗氧化烧蚀性能的主要方法。本文主要介绍了不同超高温陶瓷相对C/C-UHTCs复合材料烧蚀性能的影响,分析了相应的烧蚀机理和烧蚀性能不同测试方法的特点,并针对C/C-UHTCs复合材料的长效热防护、性能优化作出了展望。

SiC-ZrC复相超高温陶瓷改性C/C复合材料的研究进展

SiC-ZrC复相超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备工艺原理与单一陶瓷相改性C/C复合材料的工艺原理基本相同,但SiC-ZrC复相陶瓷具有耐高温、温域宽(1600~2500℃)、抗氧化、工艺适应性好等优点,在测试和应用中表现出优异的力学性能和抗烧蚀性能,能够有效填补目前高温段热防护材料的空缺,因此已经成为C/C复合材料基体掺杂改性的重要选择,在航天飞行器防热领域极具应用潜力。本文针对C/C-SiC-ZrC复合材料的发展潜力和应用空间,从制备工艺、结构特征以及性能特点三个方面综述了C/C-SiC-ZrC复合材料当前的研究进展,分析了制备工艺对复合材料微结构和性能的影响规律,提出了基于工程应用C/C-SiC-ZrC防热材料的发展建议。

聚醚醚酮的黏度特性及其复合材料加工工艺窗口研究

为了探究聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)的黏度特性,为PEEK基复合材料制备工艺的设计提供参考,采用旋转流变仪考察在一定剪切速率下温度和时间对PEEK黏度的影响,创建PEEK熔体的黏度模型,模拟在有氧条件下PEEK熔体的黏度与时间和温度的关系。结果表明:在653.15~673.15 K温度范围内,随着测试时间的增加,PEEK熔体的黏度先降低后升高,表明PEEK熔体存在由下降到增大的临界黏度,到达临界黏度的时间与温度成反比例关系。构建的模型能预测在有氧条件下PEEK熔体的黏度随温度时间的变化趋势,由此可确立加工工艺窗口,从而为PEEK基复合材料生产中的加工工艺设计提供依据。

C/C复合材料在超声速富氧烧蚀环境下的烧蚀试验方法研究

利用氧/煤油液体火箭发动机设计原理,构建了烧蚀热环境可控的内流场超声速富氧烧蚀试验方法,并采用烧蚀发动机点火试验与CFD数值模拟相结合的方法,对所构建的烧蚀试验方法及数学模型的可靠性进行分析与验证,并进一步分析了烧蚀试验过程中的关键烧蚀热环境特性参数。然后,对三维四向编织C/C复合材料在超声速富氧烧蚀环境下的耐烧蚀性能与烧蚀机理进行分析。研究表明,烧蚀热环境的变化会对材料的耐烧蚀性能及烧蚀机制产生一定程度的影响,在收敛段高温、低速的烧蚀热环境下,C/C复合材料的线烧蚀率相对较低,约6.50×10^(-3) mm/s,材料的烧蚀以热氧化烧蚀为主;在烧蚀试样喉部直段区域,C/C复合材料的线烧蚀率逐渐增加,达到了1.35×10^(-2) mm/s,此时,材料的烧蚀体现为热氧化烧蚀后的机械剥蚀;在烧蚀试样扩张段区域,燃气速度急剧增加后,C/C复合材料的线烧蚀率显著增加,在试样出口达到了2.61×10^(-2) mm/s,材料的烧蚀主要体现为机械剥蚀。

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。

碳纤维复合材料壳体湿法缠绕用高性能树脂基体的研究

树脂基体的低黏度和长适用期是大型固体火箭发动机复合材料壳体长周期湿法缠绕成型的基本保证。通过与高活性固化剂物理相容的活性溶剂的添加,研制出一种具有低黏度、长适用期、优异力学性能及耐热性能的环氧树脂基体。采用差式扫描量热法(DSC)、动态热机械仪(DMA)、万能材料试验机、水压爆破系统等对该树脂体系的固化行为、黏度、浇铸体力学及耐热性能和碳纤维增强复合材料力学性能、容器爆破性能进行了系统的研究。结果表明,该树脂基体黏度低,黏度变化平缓,适用期超过10h,满足大型发动机壳体湿法缠绕成型工艺要求;且该树脂基体以及碳纤维复合材料具有优异的力学性能,缠绕成型的Ф150mm容器的容器特性系数>50km,纤维强度发挥率>90%。

高模量碳纤维复合材料深海耐压壳体结构设计及试验

基于理论公式开展了千米级深海耐压复合材料等截面圆筒计算,在等截面圆筒设计壁厚的基础上,结合有限元仿真开展了轻量化环肋加筋耐压壳体结构优化设计以及千米级深海复合材料耐压壳体的结构稳定性和强度分析,最后通过静水压试验对所设计复合材料耐压壳体进行了考核验证。研究发现,对于环肋加筋复合材料耐压壳体,其失效模式为环向失稳破坏;增加环筋数和增厚蒙皮可以增加耐压壳体的承压能力,相比于增加蒙皮厚度,增加环肋数量对压强质量比的提升更为明显;复合材料铺层的纵向弹性模量对于耐压壳体的承压能力影响显著;由于复合材料生产过程中难以避免的初始缺陷,环肋加筋复合材料耐压壳体的爆破压强应在有限元解基础上进行修正,根据本文试验结果,修正系数建议取值范围为0.5~0.7。

碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力评估方法研究现状

在碳纤维增强树脂基复合材料设计及制备阶段,对成型过程残余应力进行准确的测试、评估,可为结构优化、工艺参数制定、模具参数选择等提供理论依据,也为后续应用阶段残余应力对复合材料构件性能结构稳定性影响研究提供基础。文中概述了碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力的形成机制,介绍了测试方法以及仿真模拟的原理、特点及在碳纤维增强树脂基复合材料残余应力评估中的应用,对仿真所需的主要性能参数的数值、测试方法进行了总结,基于仿真方法的多种优势,认为该方法为残余应力评估重点发展方向,提出该方法未来的研究重点,为进一步优化热物理、力学等性能时变特性模型,提高仿真模型的准确性,并将性能测试方法标准化;建立各类树脂、纤维仿真数据库;进行各类型复合材料构件的残余应力仿真结果准确度的验证研究。

基于ABAQUS的针刺C/C复合材料薄壁锥形件力学仿真平台研究与开发

由于针刺C/C复合材料薄壁件锥形体特殊的纤维铺设工艺,针刺过程中锥形体不同位置处的纤维铺设角度和纤维密度会随圆锥截面半径变化,使得锥形件各处的纤维铺层结构发生改变,导致锥形件整个区域的材料属性不均匀。本文基于ABAQUS软件二次开发,通过Python脚本程序计算锥形件不同区域的相关材料参数,完成对模型材料属性和方向的赋予。另外通过Qt软件建立可视化界面,实现对锥形件的参数化建模。通过改变长程连续纤维的初始铺设角度,研究在加压和拉伸载荷作用下纤维角度变化对锥形体应力分布的影响。实验结果发现,随着纤维初始铺设角度的增大,在内部加压载荷作用下,锥形件大端在环向上所受到的拉应力呈下降的趋势;在拉伸载荷作用下,锥形件在轴向方向上受到很大的拉应力并呈现先上升后下降的趋势。

HfC、ZrC改性碳/碳复合材料研究进展

兼顾结构、轻量化与热防护功能,碳/碳(C/C)复合材料已成为航空航天领域的代表性材料,但其较差的抗氧化性难以应对新一代飞行器的长航时有氧服役环境。研究表明,超高温陶瓷(UHTCs)因其氧化层的热流及氧气阻隔作用,在有氧环境下具备优异的耐烧蚀性能。超高温陶瓷改性C/C复合材料(C/C-UHTCs)也有望成为满足抗氧化、微烧蚀等要求的新型热防护材料。目前,C/C-UHTCs的制备过程仍存在成本、效率、均匀性和工艺调控等诸多问题。引入UHTCs后,C/C-UHTCs的氧化烧蚀性能得到显著提升,但需要为每种材料找到各自的适用工作环境。本文重点对适用于极端气动加热环境的ZrC或HfC超高温陶瓷改性C/C复合材料(C/C-ZrC(HfC)),从制备工艺、烧蚀性能和热响应机理进行总结,为后续材料的工艺及性能优化提供借鉴。

纳米碳/铝复合材料的制备、界面改性与增强机制研究进展

以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料,但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题,介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的制备技术,从表面化学改性、涂层及纳米粒子修饰方面总结了纳米碳表面处理与增强铝基复合材料的研究现状。基于纳米碳/铝的界面结合机制,综述了表面改性前后反应和扩散型界面的形成过程及它们与机械锚结型界面对载荷传递的影响、改善途径;分析了纳米碳/铝复合材料研究中涉及的主要增强机制、影响因素和增强效果,并展望了提升该复合材料结构与功能性能的研究重点。

利用等离子喷涂制备C/C复合材料表面耐烧蚀抗氧化涂层的研究进展

随着科技的发展,人类对热防护材料的性能有了更高要求。C/C复合材料是材料领域中重点开发的一种新型轻质高温结构材料,高温下具有优异的力学性能,成为航空航天、洲际弹道导弹等超音速飞行器的理想候选材料,但成型周期长、生产成本高、高温下抗氧化性差的缺点限制了其广泛应用。通过等离子喷涂技术制备的抗氧化涂层展现出经济、高效、便捷的优势,极具发展潜力与战略意义。近年来,等离子喷涂制备C/C复合材料表面耐烧蚀抗氧化涂层的研究主要集中在涂层与基体的界面优化、不同材料喷涂工艺参数的摸索、复相涂层的制备等方面。本文从这些方面对等离子喷涂耐烧蚀抗氧化涂层的研究进展进行了详细的总结与归纳。

国产T800S级碳纤维表面特性对复合材料界面性能影响研究

对两种国产T800S级碳纤维与进口T800S碳纤维表面特性及其复合材料界面性能的关联性进行了研究。通过扫描电镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)对三种碳纤维的表面形貌与粗糙度进行了表征;采用X射线光电子能谱(XPS)对三种碳纤维表面化学官能团比例进行了分峰计算;通过碳纤维表面静态接触角对纤维表面浸润性进行了分析。制备并表征了碳纤维NOL环与单向复合材料的力学性能与微观破坏形貌,通过对比分析确定了影响复合材料界面性能的关键性因素,对复合材料界面性能的进一步提升具有指导意义。

热塑性复合材料感应植入焊技术研究进展

热塑性复合材料(TPC)感应植入焊(IIW)是一种利用TPC层合板搭接区域植入的电磁感受加热元件在高频交变磁场作用下自发热,使界面区域热塑性树脂熔融黏合,从而实现TPC结构连接的新技术。该技术具有操作简单、绿色高效、非接触等优点,近30年来受到工业部门的广泛关注。本文围绕TPC的IIW焊接工艺,系统地介绍产热机理、加热效应、工艺参数等对焊接头质量的影响;重点阐释了引起焊接区域温度不均匀的原因,提出了调控焊接区域温度分布的方法,揭示温度场均匀性与焊接头质量的关系;最后讨论了在参数优化中缺少准确的产热传热温度场模型以及实际生产中缺少适配大型TCP结构焊接专门设备的问题,为IIW技术的未来发展方向提供了一定的指导。

分层缺陷对复合材料壳体裙连接区轴向承载性能影响分析

为掌握固体发动机复合材料壳体裙连接区在复合材料界面分层缺陷状态下的承载性能,基于损伤失效分析方法研究了裙连接区不同界面、不同位置存在不同大小的复合材料分层/脱粘缺陷时的承载能力,分析了缺陷对裙连接区结构局部屈曲、裂纹扩展及损伤失效的影响规律。结果表明,复合材料层间界面存在临界缺陷尺寸,当缺陷小于临界尺寸时,结构承载能力基本不变,当缺陷大于该临界尺寸时,连接区的失效形式和极限载荷均受到较大影响;对于复合材料轴向补强层与环向缠绕层之间的初始分层缺陷而言,当缺陷位置处于裙连接区过渡层轴向位置之后时,裙连接区的承载方式无明显变化,仍受整体屈曲的控制;但缺陷位置与裙连接区过渡层轴向位置相同时,则易发生局部屈曲,对连接区承载能力影响较大。

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.