可陶瓷化EPDM绝热材料的烧蚀特性及陶瓷化机理

绝热层中炭化层的特性与其耐烧蚀性能紧密相关。通过对可陶瓷化三元乙丙(EPDM)绝热材料氧乙炔烧蚀特性和成分进行表征分析,得到了线烧蚀率与炭化层不同参数之间的相关性,分析了类陶瓷炭化层的形成机理。结果表明,当可陶瓷化硅树脂填料含量在35~40 phr时,炭化层结构更致密,硬度更高,孔隙率更小,陶瓷产物更多,有效提高了EPDM绝热层的耐烧蚀性能;线烧蚀率与炭化层的结构与成分之间存在强相关性;类陶瓷炭化层结构的形成主要分为高分子聚合物的热分解、小分子物质的化学气相沉积、烧蚀表面SiC的原位生成和熔融SiO_(2)在炭化层中的填充粘结四个阶段,最终形成一种Si—O—C的复相陶瓷结构。

颗粒冲刷条件下硅橡胶绝热材料烧蚀特性实验研究

为了研究颗粒冲刷条件下硅橡胶绝热材料的烧蚀规律和特性,采用一种颗粒冲刷状态可调的实验发动机,以添加有短切碳纤维和高硅氧玻璃纤维的硅橡胶为研究对象,开展了颗粒聚集浓度范围为34.5~75.3kg/m3,冲刷速度为9.4~35.9m/s,角度为19.3°~55.5°条件下的13次热试车实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过对试验后试件的宏观形貌和微观结构特征进行分析,初步探讨了硅橡胶绝热材料的烧蚀机理。研究结果表明:(1)和EPDM绝热材料的烧蚀规律和特性不同,实验条件下硅橡胶炭化层更厚且致密,硅橡胶材料的最大烧蚀率随颗粒聚集浓度变化较为敏感,当超过50kg/m3临界浓度值时,烧蚀率随浓度的增加而急剧增大。最大烧蚀率随颗粒冲刷速度增加而增大,并呈现出先急剧增加后缓慢增加的趋势;(2)在颗粒冲刷速度较低条件下,硅橡胶材料烧蚀率要高于EPDM的,在颗粒冲刷速度较高条件下,硅橡胶耐冲刷性能要略优于EPDM的;(3)硅橡胶的热分解温度区间约为623~989K,在烧蚀过程中,高硅氧纤维和硅橡胶分解产生的Si O2会渗透到炭化层骨架中,进一步和C反应形成Si C,从而使炭化层致密化,具备耐冲刷特性;(4)通过分析烧蚀形貌和微观特征,初步提出了三层一面(基体层,热解层,炭化层,冲刷面)的烧蚀物理模型。

超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理

为探究超快脉冲激光对难加工材料的烧蚀特性与损伤机制,利用皮秒脉冲激光研究钛合金的烧蚀阈值、烧蚀形貌和作用机理。依据烧蚀面积和激光能量密度的线性关系,确定了钛合金的烧蚀阈值,通过显微镜观察分析了不同激光参数下钛合金的表面烧蚀形貌,采用雪崩电离与多光子电离详细解释了超快脉冲激光对钛合金的作用机理,并从烧蚀形貌和阈值角度划分了烧蚀区域。结果表明:钛合金的烧蚀阈值约为0.109J/cm2;在1 064nm波长下的烧蚀质量要优于532nm波长下的质量,而低重复频率能获得高质量的微结构,烧蚀中央区域材料去除更为均匀,且烧蚀弹坑形状规则,表面平滑;随着脉冲数和能量的增加,光子能量累积增多,烧蚀尺度和形貌特征愈加明显,烧蚀边界愈加清晰,说明脉冲数和光子能量累积是表面微结构诱导的关键要素之一;烧蚀区域可划分为改性区、过渡区、再沉积区和烧蚀区,在烧蚀区以多光子电离为主,在改性区、过渡区和再沉积区以雪崩电离为主。该结果可为超快脉冲激光微结构精密加工提供参考。

高压SF_6断路器喷口烧蚀特性的模拟研究

对SF6 断路器喷口的电弧烧蚀特性进行了模拟研究 .根据理论模型和模拟计算结果发现 ,添加质量分数为 1%～ 5 %的填料 ,可以控制喷口对电弧能量的吸收 ,从而有效地改善喷口耐电弧烧蚀性能 ,当填料粒度大于 10 μm时 ,可延长喷口起始烧蚀时间 .为提高喷口的耐电弧性能、延长SF6断路器的电寿命提供了理论依据 .

长持续时间雷电流分量作用下电极形状对金属烧蚀特性的影响

采用试验与数值仿真相结合的方法分析了长持续时间的雷电流分量作用下电极形状对金属烧蚀特性的影响,对比了采用3种形状且不同头部曲率的电极时Al3003金属板的烧蚀面积和烧蚀深度,并结合有限元电场仿真和二维流注发展模型分析了电极影响金属烧蚀特性的原因.结果表明,电极对雷电流金属烧蚀特性的影响很大.在末次回击后长持续时间雷电流分量的作用下,使用尖电极造成的金属烧蚀面积和烧蚀深度最大,半椭球形电极和半球形电极造成的金属烧蚀面积和烧蚀深度次之,这是由于电极形状影响了间隙的初始电离能力以及流注发展过程中的电子密度分布和电子能量密度分布的缘故.

高压直流大功率电弧及电烧蚀特性的实验研究

本文研制了一种永磁保持直动式触头高速分断机构,设计了其控制系统和测试分析软件,搭建了可以完成动态特性和电弧特性测量与分析任务的电弧实验系统。利用高速摄像机及数据采集卡分析了分断装置动态特性以及回跳特性,给出了分断及闭合速度与触头间隙等设计参数之间的关系;利用该实验装置在阻性负载条件下,进行多次分断操作,提取燃弧时间和烧蚀量等参数,研究了不同燃弧条件对于电弧及电烧蚀特性的影响。研究结果可为继电器、接触器等电器的灭弧系统的设计提供依据。

粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料烧蚀特性研究

为研究粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料的烧蚀规律和特性,采用一种可调节射流和粒子浓度的氧气-煤油燃气发生器,开展了烧蚀角度为15°～45°、粒子质量浓度范围为0～3. 69%条件下的烧蚀试验,获得了粒子侵蚀对烧蚀率的影响规律。通过对试样的宏观形貌和微观结构进行分析,并结合热红联用试验,分析了硅橡胶复合材料的烧蚀特性和烧蚀过程。研究结果表明:粒子浓度对硅橡胶复合材料的烧蚀率有显著影响;随着粒子浓度的增加,质量烧蚀率急剧增大;随着烧蚀角度的增加,线烧蚀率增加、质量烧蚀率降低;硅橡胶复合材料烧蚀后形成炭化层、热解层、基体3层结构;材料热分解温度范围约为516～710℃,主要产物是环己烷以及少量CO_2和H_2O;粒子侵蚀破坏了表面炭化层结构的完整性,引起试样表面质量迁移,并促进了材料内部的热分解。

Si含量对铸造Al-Si合金烧蚀特性的影响

为了探究Si含量对Al Si合金烧蚀特性的影响,本文通过丁烷燃气加热风冷往复热冲击对二元Al-Si(质量分数w(Si)=7%,12%,18%)合金进行脉冲式燃气冲击。利用表面粗糙度仪、布氏硬度机、测厚仪、分析天平、X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜等设备对Al Si合金的烧蚀特性进行研究。试验结果表明:随Si质量分数的升高,Al-Si合金的线烧蚀率越来越小,分别降低95%,92%,84%;燃气冲击前后硬度变化逐渐减小,分别降低13.6%,8.9%,1.0%;随着烧蚀次数的增加,Al-Si合金质量和粗糙度均呈现“增失往复”的过程,且随着Si质量分数的升高,增失往复的幅度减小,即Al-Si合金的耐烧蚀性随Si质量分数的升高而增强;Al-Si合金发生烧蚀主要是由于合金内部高硅物质的析出聚集与气流冲刷的相互作用。

薄膜钯靶烧蚀特性的实验研究

薄膜靶是ｘ射线激光研究中常用靶型之一，了解它在强激光作用下的烧蚀过程是非常重要的。本文介绍了把薄膜靶烧穿时间的测量，井通过时所测数据拟合给出薄膜靶质量烧蚀速率与吸收功率密度的定标关系。

样品形态对燃煤的激光烧蚀特性影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用于煤质检测,分析了燃煤形态对激光烧蚀特性的影响。利用532 nm激光在大气常压环境下烧蚀样品,同时使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。对比分析两种不同形态煤样的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量变化的规律。实验研究表明,样品形态对燃煤的激光烧蚀特性有显著影响。不同形态燃煤的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量的变化规律有所不同。相同实验条件下,粉状煤样形成的等离子体温度和电子密度均比块状煤样的高,但块状煤样的元素特征谱线强度则更大。

纳秒激光修正齿轮材料20CrMnTi的烧蚀特性

激光修正技术是一种采用高能量密度激光对齿轮表面进行微加工的新型加工方法。基于傅里叶能量吸收现象,考虑能量累积、蒸发等效应,建立纳秒脉冲激光微修正的动能量热模型,通过仿真分析了纳秒激光修正齿轮材料20CrMnTi温度场的演变规律,观察了修正表面烧蚀坑的形貌,测量了烧蚀坑的深度和拉曼光谱。实验不仅证实了动能量热模型的正确性与可行性,也为纳秒脉冲激光微修正齿轮的研究提供了理论指导。

面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光精微烧蚀特性研究

飞秒激光精微烧蚀是一种新型的精密加工方法。本文研究了飞秒激光烧蚀面齿轮材料18Cr2Ni4WA的电子亚系统和晶格亚系统的能量耦合作用,建立了双温模型,采用有限差分法分析了脉冲宽度、平均功率对电子温度和晶格温度的影响规律。结果表明:当电子与晶格达到热平衡,且电子温度和晶格温度超过材料的熔点时,齿面产生烧蚀;当电子和晶格的温度均高于材料的沸点和相爆炸温度时,主要通过相爆炸实现材料的去除;材料烧蚀深度一般为40nm左右,避免了热效应对表层质量的影响。采用飞秒激光微加工系统进行实验研究,得出了能量密度呈高斯分布的飞秒激光烧蚀材料18Cr2Ni4WA的单脉冲烧蚀阈值为0.29J/cm^(2);分析了平均功率和脉冲数对烧蚀形貌的影响。通过研究飞秒激光精微加工材料18Cr2Ni4WA的烧蚀特性,为提高面齿轮的加工质量提供了技术基础。

激光烧蚀微推力器聚合物靶材的烧蚀特性

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为烧蚀靶材,以纳米碳粉和红外染料作为掺杂剂,采用微尺度羽流观测系统对GAP靶材的喷射羽流图像进行了观测,分析了掺杂浓度、靶材厚度及激光烧蚀模式对GAP烧蚀特性和推进性能的影响。结果表明,在激光烧蚀过程中,未掺杂吸收剂的GAP靶材利用率非常低;掺杂纳米碳粉后,靶材的推进性能显著增强,但对靶材厚度的依赖性较强,厚度较薄的掺杂纳米碳粉的GAP适合作为透射式激光烧蚀微推力器的靶材;掺杂红外染料后,聚合物的气化程度显著提高,透射式下厚度对羽流喷射的影响较小。红外染料适合作为反射式激光烧蚀微推力器聚合物靶材的掺杂剂。

靶丸材料C8H8辐射烧蚀与冲击波特性

辐射烧蚀是间接驱动惯性约束聚变的一个重要物理过程，通过实验研究材料的辐射烧蚀特性，能直接为提高间接驱动内爆流体力学效率，选择靶材料及参数提供依据，也为研究辐射能量的传输及辐射不透明度等基础物理问题提供丰富的物理信息。为了提高内爆靶壳参数设计的可靠性、校验程序，在2006年神光Ⅱ第二轮物理实验中开展了靶丸材料PS（C8H8）的辐射烧蚀与冲击波特性实验研究。

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%.

碳化铪含量对C/C复合材料喉衬烧蚀性能的影响

将炭毡浸渍于饱和的HfOCl2.8H2O乙醇溶液中,经600℃热处理形成HfO2/C复合材料,然后采用热梯度化学气相沉积工艺在2100℃进行致密化和石墨化处理使HfO2转化为HfC而得到碳化铪(HfC)改性、整体炭毡增强的炭/炭(HfC-C/C)复合材料整体喉衬。利用小型固体火箭发动机试车台装置,在7MPa、3200℃烧蚀3s以测定HfC含量对喉衬烧蚀性能的影响。结果表明,HfC质量分数为5.7%的HfC-C/C喉衬线烧蚀率减小了25.2%;HfC质量分数为8.7%的HfC-C/C喉衬线烧蚀率减小了49.6%。同时,当HfC质量分数为5.7%时,HfC-C/C喉衬出现了以恒定线烧蚀率为特征的稳态烧蚀阶段,且该阶段的持续时间随HfC含量的增加而增加。

冲击损伤对C/C复合材料烧蚀性能的影响

利用Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)装置,对炭化铪含量为2wt%的C/C复合材料进行了载荷峰值为137MPa的动态冲击损伤,采用氧乙炔烧蚀装置研究了冲击损伤对C/C复合材料烧蚀性能的影响,并结合扫描电镜讨论了冲击损伤对样品烧蚀机理的影响.研究结果表明:与未受冲击的C/C复合材料相比,冲击损伤后,复合材料的质量烧蚀率增加了40%,线烧蚀率增加了118%.

碳纤维硼催化石墨化技术综述

碳纤维具有质轻强度高、性能优异、应用范围广泛等优点,随着科技的进步和经济的发展,应用最为广泛的T-300和T-700级别碳纤维已难以满足市场的需求。碳纤维石墨化过程是提升力学性能的必要一环,是制备性能更优碳纤维不可略去的一步。然而,传统石墨化过程的石墨化条件苛刻、能源消耗大,限制了碳纤维应用的普适性。硼催化石墨化旨在碳纤维石墨化的过程中掺杂硼原子,可有效降低石墨化的温度,加速碳纤维微观晶体结构演化的过程,提升碳纤维的性能,有望克服传统石墨化方法的劣势。为实现碳纤维的亲民化,满足各领域的需求,国内外研究者们针对硼催化石墨化进行了深入且广泛的研究。笔者从硼催化石墨化的具体过程出发,综述了硼催化石墨化中硼系催化剂的选择和硼掺杂的方法,分别对硼催化石墨化的机理与反应过程进行归纳,讨论并分析了催化石墨化温度的选择和硼催化石墨化对碳纤维性能的影响。以期为未来研发新兴的催化石墨化方法、高性能碳纤维的制备提供参考。

发动机用碳酚醛材料烧蚀影响因素分析

一．概述 碳酚醛材料由于具有石墨或碳／碳材料相似的优良耐烧蚀特性以及成本低廉等特点，而且制作工艺和一般增强塑料相近，可沿用模压、层压和缠绕等工艺，因此碳酚醛材料作为功能烧蚀材料已被广泛应用于火箭和导弹的发动机防热部位，如喷管等。

防热材料热解与氧化性能试验技术研究

介绍了利用Arrhenius方程开展材料烧蚀热解性能动力学特性的基本原理，试验测试方法。并通过对炭酚醛材料烧蚀动力学参数的高频等离子体风洞试验研究，验证了采用时间历程积分在试验结果处理中的可靠性，在此基础上采用平板试验技术获得炭酚醛材料在600～1200K温度范围内的表面质量烧蚀率动力学方程，并将该方程所预测的结果与采用驻点烧蚀技术所获得的结果进行比较。结果显示：二者最大误差不超过5％，通过理论初步分析了二者之间存在差异的主要原因，并在试验比较分析的基础上，采用最大误差限理论分析了试验结果的可靠性。