改性C/C材料梁结构四点弯高温应变光纤传感测量

本文根据梁结构四点弯模型挠度与应变的关系特点,采用自主研制的光纤高温应变复合传感器,在改性C/C材料结构表面用高温无机胶粘贴布设传感器,放入高温挠度试验机进行常温至800℃条件下的四点弯加载试验,获得不同挠度下光纤复合传感器所测的应变数据,并与按四点弯模型计算的参考应变作对比,相对误差1-范数平均值在10%以内。通过有限元进行四点弯模型仿真计算,获得不同挠度下试验件上的应变仿真数据和光纤复合传感器测量的应变仿真数据,二者相对误差为7.56%。高温挠度试验和有限元仿真结果均证明,在测量梁的弯曲应变时,光纤高温应变复合传感器测量结果大于挠度对应的梁的实际应变值,相对误差在10%以内。

不同双元陶瓷基体对改性C/C复合材料性能的影响

采用有机锆聚合物树脂，通过先驱体浸渍裂解法（PIP）向C／C-SiC复合材料中引入ZrC或ZrB，超高温陶瓷相，研究了不同双元陶瓷基体对改性C／C复合材料的力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明。SiC—ZrC（ZrB2）复相陶瓷呈现均匀弥散分布。与C／C—SiC-ZrC复合材料相比，C／C-SiC-ZrB2复合材料的拉伸强度、弯曲强度、剪切强度和压缩强度均有小幅提升，分别提高了30．7％、23．4％、32．4％、25％，韧性断裂特征相对比较明显。在2100K、600s电弧风洞试验条件下，C／C-SiC-ZrB2复合材料的质量烧蚀率为1．67≤10^-6g／（cm^2·s），比C／C-SiC—ZrC复合材料降低了一个数量级。C／C-SiC—ZrB2复合材料烧蚀性能提高的原因是600～1100℃时，液态B2O3起到了良好的氧化保护作用；1100-1300℃时，硼硅酸盐阻碍了材料的深层次氧化；1300℃以上时，高粘度的ZrO2-SiO2玻璃态熔融层可有效阻止氧化性气氛深入材料内部，减缓材料的氧化烧蚀。

改性C/C复合材料快速制备与抗烧蚀性能考核

采用液相浸渍法结合反应熔渗法快速制备改性C/C复合材料,研究其微观组织及在氧乙炔焰和高频等离子体风洞环境中的烧蚀行为。结果表明:改性C/C复合材料主要含有Hf C,Zr C,Ta C等高熔点陶瓷改性相,其密度为3.83 g/cm3,开孔率仅为4.71%。氧乙炔焰烧蚀360 s后,改性C/C复合材料表面形成一层主要由Hf O2,Zr O2,Ta2O5组成的致密氧化物层,材料的线烧蚀率为0.005 18 mm/s。使用高频等离子体风洞考核改性C/C复合材料球头模型,在热流量3.5 MW/m2、驻点温度2293℃的条件下考核180 s后,模型表面生成致密光滑的氧化物保护层,与基体结合牢固,模型形状及尺寸无明显改变,去掉氧化物后测得其线烧蚀率为0.001 72 mm/s。

ZrC-SiC-C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

以低密度C/C为坯体,采用前驱体浸渍裂解法(PIP)制备ZrC-SiC-C/C复合材料,研究其微观结构和烧蚀性能,并探讨其抗氧化烧蚀行为。结果表明:ZrC-SiC双元陶瓷相弥散分布于基体中,且各相界面结合良好;ZrC-SiC-C/C复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,经2 200℃/120s等离子体烧蚀后,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.67×10^(-4) mm·s^(-1)和6.04×10^(-4) g·s^(-1)。烧蚀温度为2 200℃时,材料表面形成的ZrO_2-SiO_2二元共熔体系氧化膜,有效抑制氧化性气氛向材料内部的渗透,减缓火焰对材料的剥蚀作用;烧蚀温度为2 500℃时,材料表面形成以表层为ZrO_2和底层为ZrO_2-SiO_2二元共熔体系的氧化膜,其中ZrO_2层阻挡热量向内部传递,有助于底层形成致密的氧化层。