复合材料线烧蚀率计算模型实验研究

通过对碳纤维增强S–157酚醛树脂复合材料进行氧–乙炔烧蚀试验,得到了烧蚀试验中的重要表征参数即线烧蚀率,并利用多元线性回归方法,拟合得到线烧蚀率(D)与热流密度(q)和烧蚀时间(t)两个主要影响因素的数学模型,即D=0.612q0.0512 t0.0242–1。经检验,该回归模型适用性较好,预测精度较高,为复合材料线烧蚀率的评估建立了快速、有效、可靠的试验方法。

氧乙炔焰线烧蚀率测定不确定度的评定

就氧乙炔焰线烧蚀率测定不确定度的评定进行探讨 ,以期提高我们的测试水平。实验按GJB 32 3- 87“氧 -乙炔烧蚀实验方法”进行。

添加难熔金属碳化物提高C/C复合材料抗烧蚀性能的研究

高性能固体火箭发动机 ( SRM)对喉衬材料的烧蚀率提出了更高的要求 ,传统的炭 /炭 ( C/C)材料有待于进一步发展。讨论了含有难熔金属碳化物 ( Zr C、Ta C)的多元基体 C/C复合材料及其耐烧蚀性能 ,通过微观结构分析 ,探讨该种材料抗烧蚀性能提高的机理 。

自由装填推进剂用含醛基/烯丙基芳氧基聚磷腈包覆材料研究(Ⅱ):耐热、耐烧蚀性能及应用

以自制的含醛基/烯丙基芳氧基聚磷腈为基体材料,经复配、硫化制备出自由装填推进剂用芳氧基聚磷腈包覆层;通过动态热失重分析、烧蚀率测试、扫描电镜分析和静止地面发动机试验研究了包覆层的耐热和耐烧蚀性能。结果表明,含醛基/烯丙基芳氧基聚磷腈包覆层的初始质量损失温度为524~532℃,最大质量损失温度为567~573℃,800℃的残焦量为14.82%~31.16%,且芳氧基聚磷腈包覆层中混合取代基的比例对初始质量损失温度和最大质量损失温度不会产生明显的影响,但包覆层在800℃时的残焦量则呈现出明显的差别;含醛基/烯丙基芳氧基聚磷腈包覆层的线烧蚀率为0.084~0.012 mm/s,质量烧蚀率为0.010~0.042 g/s,且随着包覆层配方体系中烯丙基含量越高,包覆层耐烧蚀性能越强;静止地面发动机试验表明,醛基/烯丙基苯氧基聚磷腈包覆的改性双基推进剂装药发动机工作正常,p―t曲线平滑,包覆层残骸完整。

航天飞行器防热部件烧蚀行为的数值模拟

对航天飞行器防热部件在氧 煤油发动机火焰喷吹下的烧蚀行为进行了有限元数值模拟。利用“杀死”单元的方法建立了防热部件瞬态温度场的有限元模型 ,实现了烧蚀边界的退缩 ,从而完成了对烧蚀尺寸变化的定量描述。烧蚀开始于4 5 9s ,到 12s时线烧蚀量为 1 4 7mm。计算结果与试验的实测结果一致。

化学液相沉积制备的炭/炭复合材料烧蚀性能研究

通过等离子烧蚀发动机、小型烧蚀发动机点火试验及微观结构观察,研究了由化学液相沉积制备的炭 /炭复合材料的烧蚀性能,分析了其烧蚀前后微观结构的变化,并探讨了其作为固体发动机喉衬、扩散段材料的烧蚀机理。结果表明,由化学液相沉积工艺制得的沉积炭结构的抗烧蚀性能优于炭纤维,其作为喉衬的线烧蚀率为 0. 008mm/s,证明该工艺是可行的。

酚醛树脂基复合材料的等离子烧蚀性能

利用等离子烧蚀试验系统,对纤维增强酚醛树脂复合材料进行烧蚀试验,并对不同复合材料的烧蚀率和微观形貌进行测试和分析。等离子烧蚀试验条件为:功率60kW,热流密度25000kW/m^2,烧蚀时间8s。结果表明:碳纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料的等离子线烧蚀率分别为:0.180mm/s、0.666mm/s、0.613mm/s,质量烧蚀率分别为:0.167g/s、0.310g/s、0.338g/s,线烧蚀率和质量烧蚀率相对偏差都在5%以内。利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对烧蚀样品的微观形貌进行分析,对不同纤维增强酚醛树脂基复合材料的等离子烧蚀机理进行了探讨。

粒子浓度对C/C复合材料烧蚀行为的影响

为研究不同粒子浓度侵蚀条件下C/C复合材料的烧蚀机理及性能,采用自主研发的氧-煤油烧蚀实验系统对轴棒法编织的C/C复合材料进行烧蚀/侵蚀实验,实验的粒子浓度分别为0,1.37%,2.22%,2.64%。采用扫描电镜(SEM)观察实验后试样的微观形貌,测算了试样的烧蚀率,研究了粒子浓度对材料烧蚀率的影响规律,分析了材料的烧蚀机理。结果表明:不加粒子时试样的质量烧蚀率仅为0.159g/s,线烧蚀率为0.175mm/s,加入粒子后质量烧蚀率与线烧蚀率的最小值分别为0.432g/s和0.843mm/s,且随粒子浓度的增加,烧蚀率均加速增加。粒子的侵蚀作用加剧了试样的烧蚀,冲刷面上径向纤维的烧蚀梯度随粒子浓度的增加而增大。

酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能

为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0. 3 g/cm^3,压缩强度达到了11. 7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600℃)的导热性能,25℃下热导率为0. 141 W/(m·K),600℃下热导率为0. 344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0. 031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。

烧蚀角度对C/C复合材料烧蚀行为的影响

烧蚀角度对C/C复合材料的耐烧蚀性能有显著的影响,采用自主研发的氧-煤油烧蚀实验系统对轴棒法编织的三维四向C/C复合材料进行烧蚀/侵蚀实验,实验的典型角度分别为90°,60°,45°,侵蚀时的粒子浓度为1.37%。测算试样的宏观烧蚀率,并采用扫描电镜(SEM)观察了试样烧蚀后的微观形貌。分析了角度对C/C复合材料烧蚀行为的影响规律,并探讨其烧蚀机理。结果表明:不加粒子进行烧蚀实验时,烧蚀角度90°,60°,45°对应的试样质量烧蚀率分别为0.146,0.123,0.100g/s,随烧蚀角度的减小,质量烧蚀率加速降低;加粒子进行侵蚀实验时,烧蚀角度90°,60°,45°对应的试样质量烧蚀率分别为0.452,0.455,0.432g/s,线烧蚀率分别为1.863,1.323,0.843mm/s,随烧蚀角度的减小,质量烧蚀率基本不变,线烧蚀率逐渐降低。烧蚀角度越小,射流的冲刷作用越强,伴随热化学烧蚀的作用,导致烧蚀/侵蚀实验条件下,径向纤维的烧蚀梯度均增加;烧蚀实验条件下,轴向纤维束外沿的受冲刷区域变大。

酚醛纤维和芳砜纶纤维对丁腈橡胶耐烧蚀性能的影响

分析了芳砜纶和酚醛纤维的热稳定性,比较不同用量的芳砜纶纤维和酚醛纤维分别加入丁腈橡胶后,对材料线烧蚀率、抗拉强度、断裂伸长率、密度的影响,并用热失重和扫描电镜分析了造成性能差异的原因。结果表明,在丁腈橡胶中加入芳砜纶酚醛纤维后线烧蚀率会大幅度减小,且酚醛纤维比芳砜纶纤维能更好的降低橡胶的线烧蚀率,添加量为10份时,线烧蚀率最小;扯断伸长率和抗拉强度随纤维用量的的增加而减小,密度随纤维用量的增加而增大。

流场稳定性及烧蚀时间对玻璃钢材料烧蚀性能的影响研究

本文以模压玻璃钢材料为研究对象,模拟材料高温烧蚀环境,以氧-丙烷焰流为热源,拟定测试方案,对材料进行烧蚀试验。探究在不同的热流密度值下,烧蚀距离对流场稳定性的影响,发现当热流密度值≥1.0 MW/m^2时,烧蚀距离改变,热流密度值波动较小,流场稳定性较好。探究烧蚀时间对玻璃钢材料烧蚀性能的影响,分析材料表面形貌变化的原因,发现随着烧蚀时间延长,质量烧蚀率明显下降,材料的线烧蚀率和质量烧蚀率一致性较差,这是因为在较短的烧蚀时间内,模压玻璃钢材料分层膨胀导致线烧蚀率较小,但薄弱的炭层结构会导致材料质量下降明显,质量烧蚀率较大。随着烧蚀时间从60 s升至120 s,材料分层积聚导致材料强度相对增大,抗冲刷能力增强,质量烧蚀率下降。并且在材料可承受的范围内,较长的烧蚀时间才能相对准确地反映材料的线烧蚀率。

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。

钢表面电火花沉积合成W-Mo高熔点复合涂层

目的 采用ZY-10型电火花堆焊/涂层沉积设备,分别以钼和钨棒料为电极,以超纯氩气为保护气体,在PCrNi3MoVA钢基体表面沉积合成W-Mo高熔点复合涂层。方法 在PCrNi3MoVA钢基体表面先沉积出一定厚度的钼涂层作为打底层,在此基础上,采用更高的电参数沉积硬度和熔点都较高的钨涂层。作为同族元素的钼和钨,在高温电弧作用下能较好地合成W-Mo高熔点复合涂层。通过对复合涂层的成分、微观形貌等进行观察和分析,用等离子烧蚀实验检测复合涂层的抗烧蚀性能,并计算复合涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率。结果 采用电火花沉积工艺在PCrNi3MoVA钢基体表面成功制备了W-Mo高熔点复合涂层,其厚度达到100μm以上,该复合涂层主要由W、Mo、Fe等成分组成,且越靠近涂层表面,W和Mo元素的含量越高,复合涂层主要有Mo、MoC、Fe_(2)Mo_(3)、Fe_(2)W等物相,复合涂层的耐烧蚀性能较好,在前10 s内其线烧蚀率仅为0.090~0.267 mm/s。结论 W-Mo高熔点复合涂层的厚度随着沉积次数和沉积电压的增加而增加;复合涂层与基体相互熔融,具有较好的冶金结合特征;复合涂层能够承受等离子火焰的短时高温冲击与冲刷,增加复合涂层的厚度可以有效抑制涂层试样烧蚀率的增加。

EPDM接枝改性对其热防护材料性能的作用研究

针对三元乙丙橡胶(EPDM)的非极性特点所带来的界面粘接性能较差的技术问题,采用密炼机改性及单螺杆挤出工艺,对EPDM进行接枝极化改性,获得了不同接枝率的改性EPDM(g-EPDM)。并将g-EPDM作为第二基体制备了EPDM绝热材料,研究了其对EPDM绝热材料的加工性能、力学性能、烧蚀性能和粘接性能的影响。结果表明,g-EPDM接枝率的增大及其添加量的增加都有助于提高EPDM绝热材料与金属的粘接强度;当g-EPDM添加量为30份时,接枝率为0.305%的g-EPDM(0.305%-g-EPDM)填充的EPDM绝热材料具有较优异的加工性能和粘接性能,其与铝片的粘接性能达3.8MPa,相较不添加g-EPDM的绝热材料提高了79.2%。0.305%-g-EPDM添加量为15份时,EPDM绝热材料的综合性能最佳,其抗拉强度为11.4MPa,断裂伸长率达500%以上,线烧蚀率为0.058mm/s,与铝片的粘接剪切强度为3.06MPa。

芳纶纤维对丁腈橡胶绝热材料性能的影响

比较了不同规格芳纶纤维在软丁腈橡胶胶料中的分散性,并研究了芳纶纤维/软丁腈橡胶的耐烧蚀性和力学性能。结果表明,不同长度但同一用量的芳纶纤维加入到丁腈橡胶中,芳纶纤维长度较小,分散性较好,其硫化胶耐烧蚀性较好。随着芳纶纤维用量的增大,胶料延伸率下降;当芳纶纤维用量大于6.1份时,胶料延伸率急剧下降且不足100%,几乎没有使用价值;当芳纶纤维用量超过一定值时,随着芳纶纤维用量的增大,硫化胶拉伸强度增大;与短切芳纶纤维相比,芳纶浆粕易与丁腈橡胶混炼均匀,可使胶料保持良好的加工工艺性能。

比较芳纶短纤维和芳纶浆粕对绝热材料性能的影响

比较了芳纶短纤维粕(PPTA short-fiber)/三元乙丙橡胶(EPDM)和芳纶浆粕(PPTA pulp)/三元乙丙橡胶的分散性、耐烧蚀性能与力学性能。结果表明,芳纶浆粕比芳纶短纤维在EPDM橡胶中有更好的分散性,芳纶浆粕的拉伸强度和扯断伸长率均优于PPTA short-fiber/EPDM,同时可以得到更高的填充量。芳纶浆粕的最优含量为12.0%,PPTA pulp/EPDM橡胶线烧蚀率为0.064 mm/s,拉伸强度为3.0 MPa,扯断伸长率为210%,具有优异的耐烧蚀性能和力学性能,可以代替芳纶短纤维作为高性能绝热材料而广泛应用。

六(2,4,6-三溴苯氧基)环三磷腈对固体推进剂三元乙丙橡胶包覆层性能的影响

为了提高自由装填固体推进剂包覆层的综合性能,制备了不同六(2,4,6-三溴苯氧基)环三磷腈(BPCPZ)含量的三元乙丙橡胶(EPDM)包覆层,分析了BPCPZ含量对包覆层理化性能、硫化特性参数、耐高温和耐烧蚀性能、阻燃性能的影响。结果表明,随着包覆层配方中BPCPZ的质量分数由0增至13.55%,EPDM包覆层胶料的焦烧时间(ts1)未发生明显变化,而正硫化时间(t90)则出现了先升高后降低的趋势;包覆层在20℃时的拉伸强度由3.52MPa增至6.09MPa,而延伸率则由750.0%降至328.4%;EPDM包覆层的耐高温和耐烧蚀性能也随着BPCPZ含量的增加而提高,线烧蚀率由0.18mm/s降至(0.065~0.143)mm/s,800℃时的质量残留率由5.24%最大升至17.5%;当包覆层配方中BPCPZ的质量分数达到3.37%以上时,极限氧指数大于27,包覆层表现出难燃特性。

液体火箭发动机喷管延伸段C/C-SiC复合材料的性能

采用化学气相渗透(CVI)和液相浸渍裂解(PIP)混合工艺制备出三维针刺C/C-SiC(材料A、B)和C/C(材料C)复合材料,研究了复合材料的力学、抗热震和耐烧蚀等性能以及SiC涂层对烧蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜分析了材料的断裂面和烧蚀面形貌。结果表明,材料A(SiC基体含量较高)的性能较好,其弯曲强度、线烧蚀率及抗热震系数分别达到238.4 MPa、3.0×10^-3mm/s和35.3 kW/m。沉积SiC涂层后,材料A、B和C的线烧蚀率较之前分别降低33.0%、12.5%和37.5%。采用材料A+SiC涂层方案研制的喷管延伸段构件,进行780 s地面热试车考核,试车后构件结构完整。

环三磷腈基多官能液体环氧树脂(HGCP)的合成与热性能

以六氯环三磷腈、2,3-环氧基-1-丙醇为原料,得到六缩水甘油基环三磷腈(HGCP)。通过红外、核磁、质谱及元素分析对产物结构进行了表征,并研究了溶剂、原料配比、反应温度和时间对反应的影响。结果表明,合成的最佳条件是:四氢呋喃为溶剂,反应物料配比为n(2,3-环氧基-1-丙醇):n(六氯环三磷腈)=7.62,反应温度为30℃,反应时间4.0 h,产品收率达到78%。选取顺丁烯二酸酐(MA)和4,4-二氨基-二苯-甲烷(MDA)为固化剂,通过热失重分析和线烧蚀率研究了不同固化体系的耐热性和耐烧蚀性。研究表明,六缩水甘油基环三磷腈表现出优良的热稳定性,其交联产物EPG-1和EPG-2在高温条件下残炭量较高,线烧蚀率分别为0.344 mm/s和0.364 mm/s,可作为固体火箭推进剂绝热包覆材料使用。