先驱体转化法制备2D C_f/SiC-Cu复合材料及其性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出在Cf/S iC体系中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度以提高材料的抗烧蚀性能。采用先驱体转化法制备了铜体积分数分别为2.18%、4.86%和6.53%的新型复合材料,同时考察了其力学性能和烧蚀性能。结果表明,随着铜含量的增加复合材料试样的弯曲强度逐渐下降,分别为261.07M Pa、203.61M Pa、164.91M Pa;试样的断裂韧性也逐渐下降,分别为13.4M Pa.m1/2、12.5M Pa.m1/2、11.8M Pa.m1/2。三种复合材料试样在氧乙炔焰烧蚀30s后,试样结构均保持完整,弯曲强度分别下降到121.16M Pa、140.23M Pa、122.87M Pa,质量烧蚀率分别为0.036g/s、0.050g/s、0.064g/s。与其他喉衬材料相比,2D Cf/S iC-Cu材料密度低、力学性能和抗烧蚀性能好,具有良好的应用前景。

2D C_f/SiC-Cu复合材料的制备和性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出并采用先驱体转化法制备了一种新型的复合材料,2D Cf/SiC-Cu材料(其中Cu作为发汗剂),对其力学性能和烧蚀性能进行了考察。结果表明:采用先驱体转化法可以制备出力学性能较好的2D Cf/SiC-Cu材料,弯曲强度、剪切强度和断裂韧性分别达到263 MPa,27.7 MPa和15.7MPa.m1/2。材料密度为2.24 g/cm3,在氧乙炔焰中烧蚀60 s后,材料结构保持完整,力学性能仍能满足喉衬材料的使用要求,质量损失为0.124 g。因此,2D Cf/SiC-Cu材料具有较低的密度、良好的力学性能和较好的抗烧蚀性能,是一种有希望的固体火箭发动机喉衬备选材料。

O（^1D）与CF2HCl反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论 (DFT)和G3B3方法 ,对O (1D)与CF2 HCl的反应进行了研究 .在B3LYP/6 3 11+G (d) ,B3LYP/6 3 11+G(2df ,2pd)和G3B3计算水平上 ,优化了反应势能面上各驻点的几何结构 ,通过内禀反应坐标 (IRC)计算和振动分析 ,对反应过渡态进行了确认 。

先驱体转化2D C_f/SiC-Cu复合材料热处理工艺

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,在Cf/SiC中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度,提高其烧蚀性能。采用先驱体转化法制备了2D Cf/SiC-Cu,考察了裂解温度为1000、1100、1200、1350℃时,对材料力学、烧蚀性能及微观结构的影响。结果表明,随着裂解温度的提高,试样的弯曲强度和断裂韧度均逐渐下降,分别为:280.0、225.7、193.2、163.0MPa和18.0、13.6、13.4、13.2MPa·m1/2。经氧乙炔焰烧蚀30s后试样的弯曲强度随着裂解温度的提高基本不变,分别为121.2、115.5、124.2和117.5MPa,其中1 200℃裂解制得的试样具有较低的线烧蚀率(0.0255mm/s)和质量烧蚀率(0.0280g/s)。烧蚀后试样中的Cu大量流失,基体中有少量铜硅化合物(Cu3Si,Cu5Si)出现。

CF_2ClBr与O(~1D)反应机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)水平下研究了CF2ClBr与O(1D)反应的机理,并在QCISD(T)/6-311++G(d,p)/B3LYP/6-311++G(d,p)水平上进行了单点能校正.结果表明,该反应存在6种可能的反应途径,是一个多步反应过程,研究中共找到了6个过渡态和10个中间体,并通过振动分析加以确认.从能量上看,反应物的能量最高,而反应中的其它各驻点的能量都有所降低,是一个放热过程,所以该反应容易进行,其中生成产物CF2O(BrCl)的通道放热最多,势垒也不高,故在反应过程中具有最大的优势.该过程中有非常稳定的物质CF2O、1M2tran和1M2cis生成,这一点与实验研究相一致.

先驱体转化制备2D C_f/SiC复合材料力学性能

以国产3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷和SiC微粉为先驱体和填料,分别采用热压辅助先驱体转化和先驱体浸渍裂解工艺制备了2D C_f/SiC复合材料。结果表明,热压辅助先驱体转化工艺制备的2D C_f/SiC复合材料纤维损伤严重,基体较为疏松,材料力学性能很低,弯曲强度和断裂韧性仅为84.3 MPa和6.5 MPa·m^(1/2)。而先驱体浸渍裂解工艺制备的2D C_f/SiC复合材料纤维损伤较小,具有较好的界面结合,内部孔隙较为均匀,力学性能较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到321.6 MPa和17.8 MPa·m^(1/2)。材料具有较好的高温力学性能,1300℃时力学性能有较大幅度的提高,1600℃和1800℃时复合材料力学性能还可以较好地保持。

聚硅氧烷先驱体转化制备2D C_f/Si-O-C材料

以二维碳纤维布和廉价的聚硅氧烷为原料,采用先驱体转化工艺制备2D Cf/Si-O-C材料,对其力学性能进行了考察,并与以聚碳硅烷为先驱体制备的2D Cf/SiC材料在价格和性能方面进行了对比。实验表明,2D Cf/Si-O-C材料力学性能较2D Cf/SiC材料有所下降,但成本大大降低。2D Cf/Si-O-C材料弯曲强度达到157.9 MPa,断裂韧性达到8.4MPa.m1/2,剪切强度达到23.4MPa,并且在1400℃下能较好保持材料的力学性能。

2DC_f/SiC-Si复合材料的制备和性能研究

针对短时高温抗氧化的具体环境,采用先驱体转化工艺制备2D Cf/SiC-Si复合材料。首先考察首周期裂解温度对2D Cf/SiC-Si材料力学性能的影响,结果表明,首周期采用1200℃裂解,所制备的2D Cf/SiC-Si复合材料界面结合较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到305.4MPa和15.7 MPa.m1/2。在此基础上研究了Si粉含量对材料性能的影响。结果表明,随着Si含量的增加,2D Cf/SiC-Si材料的力学性能稍有降低,而抗氧化性能明显提高,主要原因在于材料中游离碳含量的降低和Si氧化后生成的具有封填裂纹和隔氧作用的SiO2膜。

基体对PIP法制备2D C_f/SiC材料抗氧化性能的影响

以3k JC1^#纤维布为增强体，以聚碳硅烷为先驱体，采用先驱体转化工艺制备了2D Cf／SiC复合材料，考察了基体结构对材料抗氧化性能的影响。结果表明，先驱体转化2D Cf／SiC复合材料的抗氧化性能主要与材料基体中的游离碳含量及孔隙率有关，基体中游离碳含量和孔隙率越高，材料的抗氧化性能越差。通过减少基体中的孔隙率和游离碳含量，可以制备抗氧化性能较好的2D Cf／SiC复合材料，在1300℃，马弗炉中氧化20min后，材料的失重率仅为2．2％，弯曲强度和断裂韧性保留率达到83．6％和80．9％。

裂解温度对PIP制备2D C_f/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/Si-O-C复合材料,考察了裂解温度对材料结构和性能的影响。结果表明,首周期裂解温度对制备材料的力学性能有重要影响,纤维-基体间的界面弱化是复合材料力学性能提高的主要原因;第6周期采用合适的温度裂解可提高复合材料的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别达到了263.9MPa和12.8MPa.m1/2。

先驱体转化2D C_f/SiC复合材料的拉伸行为研究

研究了先驱体转化2D C_f/SiC复合材料的拉伸行为。单向拉伸试验表明,材料的抗拉伸强度、拉伸模量和断裂应变分别为181.45MPa、64.95 GPa和0.744%。通过拉伸加载卸载试验分析了材料的拉伸失效过程,并对拉伸试验的应力应变曲线进行了拟合。结果表明,2D C_f/SiC复合材料拉伸破坏可以分为线弹性变形、基体破坏、纤维断裂和材料整体破坏4个阶段,拟合得到的曲线与试验曲线非常吻合。

PCD刀具几何参数对Cf/SiC复合材料铣削质量的影响

陶瓷基复合材料因其独特的耐磨性和耐高温性能,广泛应用于航空航天、能源和汽车等领域。但由于其基体材料的脆硬性和增强相的各向异性,给机械加工过程带来了很大挑战。针对二维编织的碳纤维增强陶瓷基复合材料,设计了不同几何参数的PCD刀具进行槽铣试验。纤维拔出、纤维剥落和纤维断口回弹显著降低槽底表面质量,微崩边和毛刺是直槽边的主要加工缺陷。试验结果表明,PCD刀具前角为3°、后角为20°、钝圆半径为10μm时,直槽加工质量较好。

评“紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用”二维模拟的局限性

2014年10月《地球物理学报》出版的陶玮等（2014）“紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用”一文基于完全耦合孔隙弹性理论,采用二维有限单元法模拟了紫坪铺水库蓄水造成的库区应力场和孔隙压力场的变化.该文模拟计算原则和思路是正确的,但仍然采用二维模型是一个不足.真实三维模型中水库是有限的一定面积内的载荷;而二维计算模型,却把水库载荷作为无限长的带状载荷,夸大了水库的作用.如果考虑三维模型,该研究得到的震源处库仑应力增长2~25kPa的结论可能只能解读为0.7~8.0kPa.对于紫坪铺水库是否对汶川地震有触发作用,目前各个研究组估计的库仑应力变化恰好处在是否可以触发的边缘.取得进一步认识的关键有赖于对地下结构、状态和物性认识的突破性进展.

液相渗Si工艺制备2D CF/SiC复合材料中SiC晶粒的生长机制

由液相渗硅工艺(LSI)制得了2D CF/SiC复合材料,经过XRD分析得知材料中SiC均为β相。经过同质量比的K_3Fe(CN)_6与KOH混合水溶液对其进行腐蚀,由SEM观察腐蚀后2D CF/SiC复合材料的形貌,发现其中SiC呈现细等轴晶和粗大晶粒两种不同的形貌。分析认为LSI工艺制备2DCF/SiC复合材料中生成的SiC有两种生成机制:Si原子通过空位机制向碳中扩散形成无定型SiC,在保温过程中结晶形成细晶SiC层;C原子扩散进入熔融态硅中形成C—Si基团,由于温度梯度和浓度梯度的存在,在远离C/SiC界面处过饱和析出,通过溶解-沉淀机制形成粗大的SiC晶体,在晶粒的长大过程中伴随着层错的出现。

C_f/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了2DCf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/SiC复合材料结构和性能的影响,为Cf/SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明,采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2DCf/SiC复合材料力学性能,其弯曲强度达到329.6MPa,剪切强度32.1MPa,断裂韧性14.7MPa·m1/2。并采用差热(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等对先驱体聚碳硅烷(PCS)及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。

C/C坯体密度对2D C_f/SiC复合材料结构和性能的影响

通过理论计算,探究C_f/SiC复合材料密度与C/C坯体密度的相关性;而后采用碳纤维布叠层制作2D C/C坯体,经先驱体浸渍裂解工艺增密,制得密度分别为0.98、1.06、1.12g/cm^3的C/C坯体,通过液相渗硅法反应合成2DC_f/SiC复合材料,探究C/C坯体密度对其结构和性能的影响。与理论计算结果来对比。研究结果表明:试验结果与理论数学计算结果基本一致。随着C/C坯体密度的增加,C_f/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的趋势,当C/C坯体密度大于0.98g/cm^3后,复合材料的弯曲强度随着C/C坯体密度的增加而降低,C/C坯体密度为0.98g/cm^3时,2DC_f/SiC复合材料结构和性能较优。