CeO_(2)/MoSi_(2)改性ZrB_(2)-SiC陶瓷的烧结性能及耐烧蚀性能

无压烧结ZrB_(2)-SiC陶瓷可制备复杂形状构件,但致密化难且耐烧蚀性能有待提高,因此亟需研究能够改善陶瓷致密化的有效烧结助剂。本文采用CeO_(2)和MoSi_(2)为烧结助剂,在1850℃无压烧结1 h条件下制备了ZrB_(2)-SiC陶瓷,研究了CeO_(2)和MoSi_(2)对ZrB_(2)-SiC陶瓷烧结性能和耐烧蚀性能的影响。结果表明,当5%(体积分数)的烧结助剂中CeO_(2)和MoSi_(2)体积比为1∶1时,ZrB_(2)-SiC陶瓷的烧结性能、耐烧蚀性能最佳。烧结助剂在烧结过程中形成Ce-Mo液相,陶瓷颗粒在液相的表面张力下重排和传质,Ce-Mo液相促进陶瓷颗粒在毛细力下形成烧结颈,填充于陶瓷颗粒的间隙中,并在降低陶瓷晶粒的晶界能时促进致密化进程,最终获得无压烧结密度为5.02 g/cm^(3)、相对密度为89.71%、维氏硬度为14.04 GPa的ZrB_(2)-SiC陶瓷。相对于未添加烧结助剂时,实际密度提高了53%,维氏硬度提高了43%。在烧蚀过程中,烧结助剂适量补充SiO_(2)后可促进黏度适宜的玻璃相自愈合,并提高ZrO_(2)的稳定性,使ZrB_(2)-SiC陶瓷具有最好的耐烧蚀性能,此时ZrB_(2)-SiC陶瓷质量烧蚀率为-1.62 mg/s,线烧蚀率为0.33μm/s。

TaC对SiC涂层高温耐烧蚀性能的影响

以Si粉和Ta2O5粉为原料,采用包埋反应工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层和SiC-TaC复合涂层,通过X射线衍射、扫描电镜和高温等离子火焰(2300℃左右)烧蚀实验,研究TaC对SiC涂层微观结构、高温耐烧蚀性能的影响和影响机理。结果表明:TaC可有效提升SiC涂层的高温耐烧蚀性能。经30 s等离子火焰烧蚀后,SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.1892±0.0800)mg/s和(1.3867±0.1200)μm/s,而SiC-TaC复合涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.0627±0.0500)mg/s和(0.8939±0.0700)μm/s,比SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率分别降低66.86%和35.54%。SiC-TaC复合涂层的高温耐烧蚀性能提高主要与涂层的高温稳定性增强及烧蚀过程中熔融Ta2O5相的自愈合作用有关。

试验条件对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

通过烧蚀试验研究了烧蚀时间、燃气流量及烧蚀角度等因素对EPDM绝热层烧蚀性能的影响。结果表明,在不同烧蚀时间内,EPDM绝热层的烧蚀率表现出不同特征,EPDM绝热层烧蚀率与燃气流量成正比关系,燃气以一定角度侧向烧蚀绝热层时,炭化层极易脱落。

填充纤维及阻燃剂对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

研究了填充纤维、阻燃剂种类及用量对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响。结果表明,当芳纶纤维的最佳填充量为5～8份,含磷阻燃剂的最佳用量为15～25份情况下,它们可显著提高EPDM绝热层的耐烧蚀性能。

三元乙丙橡胶绝热层耐烧蚀性能的研究评述

介绍了与三元乙丙橡胶绝热层耐烧蚀性能相关的阻燃技术、并用的耐烧蚀填料、芳纶纤维的表面处理以及提高金属和三元乙丙橡胶绝热层粘接性能的配方和工艺方法 ,并对今后的研究方向进行了展望。

用聚磷酸铵和联二脲来提高绝热层材料耐烧蚀性能的研究

论述了固体火箭发动机用绝热层材料的烧蚀过程以及提高耐烧蚀性能的功能添加剂的种类和作用。在以聚醚型聚氨酯为基体材料的绝热层配方中,添加聚磷酸铵和联二脲,测试其质量烧蚀率和线烧蚀率。试验结果表明,聚磷酸铵和联二脲都能够提高绝热层的耐烧蚀性能,尤其在聚磷酸铵和联二脲以一定比例复配时效果最好。

预制体密度对C/C-SiC复合材料力学及高温耐烧蚀性能的影响

采用PIP工艺向初始密度分别为0.90,1.01和1.12 g/cm3的SiC粉末混编炭纤维预制体中引入SiC,制备密度为2.10 g/cm3的C/C-SiC复合材料。通过C/C-SiC复合材料微观结构、力学性能、1200℃高温抗氧化及等离子耐烧蚀性能研究,揭示预制体密度对C/C-SiC复合材料力学、高温抗氧化及耐烧蚀性能的影响规律。研究结果表明:预制体密度对制备的C/C-SiC复合材料微观结构、力学及高温抗氧化耐烧蚀性能具有重要影响;随着预制体密度增加,复合材料的弯曲强度由204.17 MPa提升至238.32 MPa,压缩强度由335.9 MPa提升至441.4 MPa;等离子火焰烧蚀60 s后,其质量烧蚀率由0.162 mg/s降低至0.123 mg/s;经1200℃,60 min氧化后,C/C-SiC复合材料的氧化质量损失率随预制体密度升高而降低,高温抗氧化性能逐渐升高。

EPDM绝热材料耐烧蚀性能影响因素研究进展

三元乙丙橡胶(EPDM)材料具有优异的综合性能,加入各种添加剂后可进一步提高其耐烧蚀性能,已成功用作固体火箭发动机的绝热材料。综述纤维、阻燃剂和填料对EPDM绝热材料耐烧蚀性能的影响,还介绍了烧蚀时间、气流量和烧蚀角度等实验条件对EPDM绝热材料耐烧蚀性能的影响。

RTM用耐烧蚀酚醛树脂的合成及性能

通过在合成过程中引入活性较低、反应位点少的酚类制备了一种适用于树脂传递模塑成型(RTM)工艺的高残炭、低黏度、长适用期的酚醛树脂。采用旋转黏度计、热重(TG)分析等方法研究了不同酚类(邻甲酚、萘酚、多环酚)及多环酚添加量对酚醛树脂黏度及其固化物热稳定性的影响,利用差示扫描量热法研究了树脂的固化性能。结果表明,适量多环酚的引入,使得树脂在80℃下具有较低的初始黏度和较长的适用期,以及较高的残炭率(70.15%),且固化温度适中,能够满足RTM工艺要求。另外,通过不同升温速率的TG分析、拉曼光谱、X射线衍射等表征手段对树脂的裂解行为进行研究,发现多环酚由于其多苯环的热稳定结构,能够有效提升酚醛树脂的裂解活化能,减小裂解后树脂碳化物的石墨层间距,增大石墨微晶平面直径,提高酚醛树脂碳化后石墨化程度,使树脂拥有较好的高温热稳定性。根据氧乙炔焰烧蚀测试结果,发现改性后的酚醛树脂基复合材料的耐烧蚀性能也得到了提升,由此得到了性能优良的RTM用耐烧蚀酚醛树脂基复合材料。

Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在不同气氛中的耐电弧烧蚀性能及机理

采用化学共沉淀法制备了La_(2)Sn_(2)O_(7)粉末,并使用真空热压烧结法制备出Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)(85∶12∶3)复合材料。分别在空气、N_(2)和SF_(6)气氛中对Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料进行电弧烧蚀实验,通过热场发射扫描电镜(SEM)和三维激光共聚焦扫描显微镜(3D LSCM)对复合材料烧蚀后的表面形貌进行分析,使用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对烧蚀后的样品成分进行分析。分析了Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在不同气氛中的电弧烧蚀行为及机理。结果表明:Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在空气和N_(2)气氛中烧蚀区域面积大、表面起伏小,在SF_(6)气氛中烧蚀区域面积显著缩小,伴随的是表面起伏程度增大。在空气气氛中电弧烧蚀后金属元素均被氧化,生成Ag_(2)O、NiO、La_(2)O_(3)和SnO_(2),在N_(2)气氛中由于O~(2-)不足,电弧烧蚀后生成La_(2)O_(3)、NiO和部分SnO_(2),剩余部分Sn和Ag保持金属态,在SF_(6)气氛中电弧烧蚀后金属元素被氟化,生成AgF、NiF_(2)、LaF_(3)和SnF_(4)。

耐烧蚀硅橡胶研究进展

介绍了耐烧蚀硅橡胶的烧蚀机理,综述了国内外使用嵌段共聚、接枝共聚、交联等化学改性或添加填料、阻燃剂等物理改性手段对硅橡胶进行耐烧蚀改性的研究进展,最后展望了耐烧蚀硅橡胶的未来发展方向。

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。

MWCNTs增强硅橡胶耐烧蚀特性研究

多壁碳纳米管(MWCNTs)凭借优异的物理化学性能,可被用作补强填料来改善复合材料的性能。目前对MWCNTs改善室温硫化(RTV)硅橡胶材料耐烧蚀性能的机理还没有较深入的研究。为了研究MWCNTs对RTV硅橡胶耐烧蚀性能的影响,采用溶液共混法制备了不同配方的MWCNTs/RTV硅橡胶复合材料。通过氧乙炔烧蚀试验,结合扫描电子显微镜(SEM)研究其烧蚀特性,分析碳化层的微观形貌,从碳化层结构、孔隙率、热解气体沉积等方面方面揭示了碳纳米管改善RTV硅橡胶复合材料耐烧蚀性能的内在机理。结果表明:MWCNTs对RTV硅橡胶耐烧蚀性能有增强作用,在添加量为1份时线烧蚀率最低为0.133 mm/s,碳化烧蚀率最低为0.186 mm/s,比未添加MWCNTs的材料分别降低21.5%、12.8%。通过SEM分析碳化层微观形貌发现,碳化层表面一侧形成较厚的致密层,背面一侧孔隙率较大,在碳化层中观测到相互交错联结的MWCNTs,其表面有较多热解产物沉积。MWCNTs的添加增加了碳化层结构强度,促进了致密层的形成,有效提高了RTV硅橡胶的耐烧蚀性能。

埃洛石-二氧化锆改性聚磷腈橡胶基复合材料高温烧蚀行为和原位陶瓷化反应

聚磷腈橡胶(PDPP)具有优异的阻燃性、热稳定性和高残炭率,是一种潜在的制备耐烧蚀绝热层的橡胶基体。为提高PDPP复合材料的耐烧蚀性,以埃洛石(HAL)和二氧化锆(ZrO_(2))为陶瓷化填料制备了HAL-ZrO_(2)-PDPP基复合材料,研究了这种混合陶瓷化体系对复合材料力学性能、热稳定性和烧蚀性能的影响。结果表明,HAL和ZrO_(2)陶瓷化填料对PDPP复合材料的拉伸力学性能和热稳定性无明显影响;含5 phr HAL和15 phr ZrO_(2)的PDPP复合材料拉伸强度为4.57 MPa,断裂伸长率为104.4%,经氧乙炔烧蚀后的线烧蚀率为0.060 mm/s,相较于单独使用HAL和ZrO_(2)分别提高了43.4%和33.2%。XPD和XPS结果表明,PDPP橡胶基体热解后的残炭分别与SiO_(2)和ZrO_(2)发生了生成SiC和ZrC的原位陶瓷化反应。在烧蚀过程中,低熔点陶瓷化填料熔融将基体热解形成的炭层与高熔点陶瓷粘结,使之成为含陶瓷-玻璃-热解炭复相结构的致密且具有一定强度的类陶瓷层,对提高复合材料的耐烧蚀性有积极作用。

酚醛纤维对芳氧基聚磷腈绝热层的性能影响研究

由于酚醛纤维具有优异的阻燃、耐烧蚀、隔热性能,研究酰胺改性剂处理后的酚醛纤维的性能,以及三种规格酚醛纤维(Pf-10、Pf-15和Pf-20)增强的芳氧基聚磷腈(PDPP)和三元乙丙(EPDM)绝热材料。结果表明,酰胺结构含量对酚醛纤维力学性能具有显著影响,Pf-15力学强度最优,为290.2MPa,伸长率为5.8%。不同结构的酚醛纤维增强PDPP的力学性能影响接近,PDPP/Pf-15材料的力学强度达8.6MPa,伸长率204%;同时,EPDM对纤维结构的选择性差异较大,Pf-15纤维补强的效果最优,拉伸强度可达16.1MPa。而随着酰胺含量的提高,酚醛纤维复合的芳氧基聚磷腈和三元乙丙绝热材料的线性烧蚀率均逐渐下降,PDPP/Pf-20和EPDM/Pf-20的线烧蚀率最低分别为0.0284mm/s和0.0156mm/s。对比烧蚀层形貌发现,PDPP/Pf比EPDM/Pf形成的绝热层炭层更坚固、结构更完整。

短纤维对三元乙丙橡胶复合材料性能的影响

研究不同种类短纤维(长度)对三元乙丙橡胶(EPDM)复合材性能的影响。结果表明:芳纶短纤维(简称AF)(9 mm)/玄武岩短纤维(简称BSF)(9 mm)并用比为1/1的复合材料的门尼粘度较小,DIN磨耗量最小(113.51 mm3),耐烧蚀性能最佳;沉淀法白炭黑与气相法白炭黑的复合材料的基本性能和热稳定性相当;BSF的长度越大,复合材料的耐磨性能和耐烧蚀性能越佳;随着BSF长度的增大,复合材料的Payne效应呈减小趋势,与BSF(3 mm)的复合材料相比,BSF(9 mm)的复合材料的Payne效应最小,BSF(9 mm)分散性最好;在热重分析中,700℃时复合材料的质量保持率由大到小依次为BSF(9 mm)/AF(9 mm)并用的复合材料、BSF(3 mm)的复合材料、AF(9 mm)的复合材料、AF(6 mm)的复合材料、AF(3 mm)的复合材料。

交替发泡多层结构对三元乙丙橡胶基耐烧蚀绝热层性能的影响

为了进一步改善三元乙丙橡胶(EPDM)基耐烧蚀绝热层的隔热性能,在EPDM绝热层材料的背部引入相同厚度的未发泡层、发泡层及交替发泡多层等3种基体层结构,对比分析了不同基体层结构对EPDM绝热层材料隔热性能的影响。实验结果表明,相较于传统EPDM绝热层材料,基体层结构的引入均能使绝热层材料的导热率有不同程度的下降,其中交替发泡多层结构样品的导热率下降幅度较大,且烧蚀过程中的最大背面温度明显降低,交替发泡8层和16层样品分别降低了14.7℃和23℃。与发泡层结构相比,交替发泡多层结构中引入未发泡层作为支撑层保护发泡层,使其在烧蚀过程承受高压冲击时,泡孔结构不会被挤压变形,从而充分发挥其隔热优势。

C/C-Cu复合材料微观结构及高温耐烧蚀性能研究

为提高C/C复合材料的高温耐烧蚀性能,采用化学气相沉积与高温渗铜工艺制备了密度为2.01 g/cm^(3)的C/C-Cu复合材料。采用高温氧乙炔焰考察了复合材料的高温耐烧蚀性能,并利用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对复合材料烧蚀前后的物相与微观结构进行了表征。结果表明:经20 s的氧乙炔焰烧蚀后,复合材料的线烧蚀率与质量烧蚀率分别为0.01 mm/s、0.0033 g/s。烧蚀过程中,由于铜的液化及气化会吸收大量的热量,对材料起到了较好的发汗冷却效果,因此,烧蚀后复合材料表面没有形成明显的烧蚀凹坑,且表面出现了大量毫米级Cu及其氧化物球状熔融颗粒。在烧蚀过渡区与烧蚀边缘区,由于残留球状熔融颗粒的发汗冷却作用,炭纤维与基体结构完好,未发生明显的烧蚀破坏痕迹。

制备温度对ZrC-SiC复合涂层高温耐烧蚀性能影响

为提高C/C复合材料在超高温环境中的高温耐烧蚀性能,不同包埋温度1450,1550,1650,1750℃下在C/C复合材料表面制备了ZrC-SiC复合涂层。利用XRD、SEM和EDS等分析测试手段,对比研究了涂层的物相组成和微观结构,并借助等离子烧蚀设备进行烧蚀实验,分析讨论涂层的高温耐烧蚀性能和烧蚀机理。结果表明:1650℃包埋温度下的ZrC-SiC涂层与基体结合良好,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.129 mg/s和1.867μm/s,烧蚀性能最好。烧蚀后,ZrC-SiC涂层表面形成了ZrO2和SiO2熔融相,其中ZrO2分布在SiO2熔融物中,提高了氧化层的黏度和抗冲刷能力,使得ZrC-SiC涂层具有良好的高温耐烧蚀能力。

Fe掺杂Ag/SnO_(2)电接触材料的耐电弧烧蚀性能

针对Ag/SnO_(2)电接触材料耐电弧烧蚀性差的问题,利用溶胶-凝胶法制备不同Fe掺杂量SnO_(2)粉体,通过高能球磨工艺制备Fe掺杂Ag/SnO_(2)电接触材料,分别采用X射线衍射仪、紫外光谱仪、比表面积及孔径测试仪以及扫描电镜对制得的材料进行分析。结果表明:随着Fe掺杂量的增加,制得的Ag/SnO_(2)电接触材料硬度、电导率和密度先增大后减小。当Fe/Sn摩尔比为12%时,Fe掺杂Ag/SnO_(2)电接触材料的硬度、电导率和密度最大;硬度、电导率和密度分别提高了5.99%、6.73%、0.32%;Fe掺杂提高了SnO_(2)颗粒对异类分子的吸附能力和Ag与SnO_(2)颗粒的界面结合力,改善了Ag与SnO_(2)的界面润湿性,提高了Ag/SnO_(2)电接触材料的耐电弧烧蚀性。