SiC含量对C/C—SiC复合材料弯曲强度及抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷(PCS)为前驱体,对密度分别为1.34g/cm^3,1.52g/cm^3和1.62g/cm^3的针刺炭布C/C材料进行液相致密化处理,制得密度达1.75g/cm^3的C/C—SiC复合材料,并与密度为1.85g/cm^3的同结构高密度C/C材料的弯曲强度和抗氧化性能进行了对比分析。结果表明:密度为1.34g/cm^3的C/C材料经过PCS致密化处理,在保持高密度C/C材料的弯曲强度同时,显著提高了材料的抗氧化性能。

C/C—SiC复合材料的制备与性能

采用化学气相渗透 (CVI)法和液相浸渍有机物先驱体混合工艺制备了C/C—SiC复合材料 ,并对复合材料力学性能、抗烧蚀性能和抗氧化性能进行表征。结果表明 :制备的C/C—SiC复合材料在基本保持C/C复合材料力学性能的基础上 ,抗氧化和抗烧蚀性能得以大幅度提高 ,提出了制备兼具C/C复合材料与陶瓷材料优良性能的碳陶结构复合材料的技术途径。

活性添加剂B、Cr对C/C—SiC复合材料性能的影响

在采用“化学气相沉积和液相浸渍有机物先驱体”混合工艺制备C/C—SiC复合材料的基础上 ,在陶瓷先驱体中分别添加B、Cr填料 ,制备多组元材料 ,并分析添加剂B、Cr对C/C—SiC复合材料性能的影响。研究结果表明 ,添加剂Cr能提高复合材料的弯曲强度约 4 0 % ,但抗氧化性能和抗烧蚀性能却有所下降 ;添加剂B不仅能提高复合材料的弯曲强度 ,且在 5 0 0℃～ 10 0 0℃范围内改善了复合材料的抗氧化性能 ,其抗烧蚀性能也明显提高。

C/SiC复合材料数据库及机器学习性能预测平台的设计与开发

以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能等材料研发各阶段的信息查询、添加、修改、删除、搜索以及支持信息管理、设计分析视图、案例推理辅助设计、用户与系统管理等功能。基于神经网络回归算法训练机器学习模型,利用材料微观结构参数预测材料力学性能,对不同微观结构参数的影响权重进行评价,并部署在系统平台中;通过Web用户界面调用机器学习模型,对预留的验证集数据进行拉伸模量和弯曲模量预测。结果表明:机器学习模型预测材料力学性能的精度达到95%左右,训练出来的预测模型具有良好的精度与泛化能力。

SiC-ZrC复相超高温陶瓷改性C/C复合材料的研究进展

SiC-ZrC复相超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备工艺原理与单一陶瓷相改性C/C复合材料的工艺原理基本相同,但SiC-ZrC复相陶瓷具有耐高温、温域宽(1600~2500℃)、抗氧化、工艺适应性好等优点,在测试和应用中表现出优异的力学性能和抗烧蚀性能,能够有效填补目前高温段热防护材料的空缺,因此已经成为C/C复合材料基体掺杂改性的重要选择,在航天飞行器防热领域极具应用潜力。本文针对C/C-SiC-ZrC复合材料的发展潜力和应用空间,从制备工艺、结构特征以及性能特点三个方面综述了C/C-SiC-ZrC复合材料当前的研究进展,分析了制备工艺对复合材料微结构和性能的影响规律,提出了基于工程应用C/C-SiC-ZrC防热材料的发展建议。

沉积热解炭与树脂炭比例对C/C-SiC复合材料弯曲强度的影响

以针刺整体炭毡为坯体,采用树脂浸渍和化学气相沉积混合的方法制备得到相同密度的C/C多孔体,采用熔硅浸渗(RMI)制得C/C-SiC复合材料。研究了沉积热解炭与树脂炭比例对基体显微结构及弯曲性能的影响。结果表明:随着沉积得到的沉积热解炭含量增加,C/C-SiC复合材料基体内部孔隙率先降后升,而密度、弯曲强度先增后减。当沉积热解炭与树脂炭的比例为1∶1时,C/C-SiC复合材料密度与弯曲强度最高,分别达到2.03 g/cm^(3)和240 MPa。

原位生长SiC晶须对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能影响

采用聚合物浸渍热解(PIP)技术向C/C-SiC复合材料纤维束内引入了SiC晶须(SiC_(W)),然后结合化学气相渗透(CVI)和液硅渗透(LSI)法制备了C/SiCW-C-SiC复合材料,系统研究了原位生长SiCW的物相组成及典型微结构特征,在不同制动初速度下测试了C/SiC_(W)-C-SiC复合材料的摩擦磨损性能,结果表明:引入SiC_(W)后,对平均摩擦系数和瞬时摩擦系数影响较小,摩擦性能未发生明显变化,中高速制动时,C/SiC_(W)-C-SiC的磨损率相比于C/C-SiC可降低20%~60%。

C/C-HfC复合材料的抗烧蚀性能

以无机铪溶液为前驱体,采用化学气相渗透法(CVI)和前驱体浸渍裂解法(PIP)制备密度为2.14 g/cm^(3)的C/C-HfC复合材料,分析其微观结构和组成,测试材料的抗烧蚀性能。结果表明:HfC陶瓷均匀地分散于基体的孔隙中,且与基体结合紧密。引入HfC陶瓷可以显著增强C/C复合材料的抗烧蚀性能。在相同的热流条件下,烧蚀时间为120 s时,C/C-HfC复合材料的线烧蚀率为6.20×10^(-2)mm·s^(-1),质量烧蚀率为2.03×10^(-2)g·s^(-1),分别比C/C复合材料降低了48.33%和40.12%。在烧蚀过程中,HfC会与热流中的氧气反应生成熔融的HfO_(2),均匀地覆盖在基体的表面形成保护层,隔绝热流,防止基体被氧化,同时阻止热量的传递。熔融HfO_(2)的蒸发也会带走表面的部分热量。随着烧蚀时间的增加,HfO_(2)的损耗会逐渐上升,基体表面的保护层会逐渐被破坏,热流对基体产生的烧蚀损伤会更为严重。

联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

C/C复合材料在超声速富氧烧蚀环境下的烧蚀试验方法研究

利用氧/煤油液体火箭发动机设计原理,构建了烧蚀热环境可控的内流场超声速富氧烧蚀试验方法,并采用烧蚀发动机点火试验与CFD数值模拟相结合的方法,对所构建的烧蚀试验方法及数学模型的可靠性进行分析与验证,并进一步分析了烧蚀试验过程中的关键烧蚀热环境特性参数。然后,对三维四向编织C/C复合材料在超声速富氧烧蚀环境下的耐烧蚀性能与烧蚀机理进行分析。研究表明,烧蚀热环境的变化会对材料的耐烧蚀性能及烧蚀机制产生一定程度的影响,在收敛段高温、低速的烧蚀热环境下,C/C复合材料的线烧蚀率相对较低,约6.50×10^(-3) mm/s,材料的烧蚀以热氧化烧蚀为主;在烧蚀试样喉部直段区域,C/C复合材料的线烧蚀率逐渐增加,达到了1.35×10^(-2) mm/s,此时,材料的烧蚀体现为热氧化烧蚀后的机械剥蚀;在烧蚀试样扩张段区域,燃气速度急剧增加后,C/C复合材料的线烧蚀率显著增加,在试样出口达到了2.61×10^(-2) mm/s,材料的烧蚀主要体现为机械剥蚀。

C/C三维纺织复合材料细观结构及力学性能研究进展

C/C三维纺织复合材料因其可设计性强、力学性能优异和耐高温等特点而被广泛地应用于航空航天、轨道交通和光伏热场等高温端部件。然而,C/C三维纺织复合材料内部纱线结构复杂且孔隙率高,呈现出高度各向异性和非均匀性,这些因素都会给力学性能及损伤机制揭示带来巨大困难。因此,本工作从实际应用出发,围绕C/C三维纺织复合材料,从细观重构、力学性能表征和数值模拟三个方面阐述近几年的国内外研究现状,并在此基础上重点对C/C三维纺织复合材料结构功能一体化制备、深度学习模型的发掘和高温实验环境下渐进损伤实验平台的搭建做出了展望。

MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料的制备及电化学性能研究

利用水热法合成了MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料,采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站对所制样品的形貌、结构、成分和电化学性能进行了表征。结果表明,当Ti3C2Tx引入量为30 mg时,所制MoS2/Ti3C2Tx异质复合电极具有最优的电化学性能和较好的循环稳定性,在1 A/g电流密度下的比电容达到262.54 F/g,且经10 000次循环后仍保持82.1%的初始比电容。

维生素C对聚合物/金属导电复合材料电磁屏蔽稳定性的影响

采用熔融共混法制备了动态硫化热塑性弹性体(TPV)/镀镍(Ni)玻璃纤维(NCGF)/维生素C(VC)导电复合材料TPV/NCGF_(VC),系统研究了VC对该复合材料老化前后的微观形貌、分子结构及力学性能的影响,探讨了VC对Ni金属网络的选择性保护作用机制。结果表明,在TPV/NCGF复合材料中添加VC能够有效抑制老化过程中Ni导电网络的氧化,从而使复合材料表现出稳定的导电性和电磁屏蔽性能,其中电磁屏蔽效能保持率超过90%;在纯TPV基体中引入VC后,VC能有效抑制老化后TPV分子链的断裂;在TPV/NCGF_(VC)复合材料的老化过程中,VC优先与Ni网络发生还原反应,将NCGF表面Ni层因氧化生成的Ni离子(Ni^(2+))还原为单质Ni(Ni^(0)),表明VC对Ni金属网络具有选择性保护作用。

针刺C/C复合材料多尺度损伤分析

建立带有针孔区域的针刺C/C复合材料多尺度模型,结合混合率公式和周期性边界条件,计算各组分材料的弹性力学参数和针刺单胞模型的平均弹性参数;基于协同多尺度方法,采用关键区域应力-应变放大因子实现多尺度信息传递,并结合相应的失效准则,实现针刺C/C复合材料的多尺度损伤分析。

镍/钼复合中间层钎焊连接C/C复合材料和304不锈钢

本文使用在BNi-2或AgCuTi箔片钎料中添加金属中间层(Ni、Mo或Ni/Mo)的方法有效提高了C/C复合材料和304不锈钢真空钎焊接头的强度,并先后对接头的微观结构、连接机理和力学性能进行分析。分析表明,BNi-2+Ni/Mo接头的微观结构包括Cr_(3)C_(2)、Ni(s,s)、Cr_xNi_(y)+MoNi_(4)、MoNi_(4)+Cr_(x)M_(y)和Ni(s,s)+Cr-Fe;AgCuTi+Ni/Mo接头的界面则由TiC、Ag(s,s)+Cu(s,s)、Ni、Ag(s,s)+Cu(s,s)+MoTi、Mo和MoTi+Cu(s,s)+Ag(s,s)构成。有限元模拟结果表明,AgCuTi钎料加持下的镍/钼复合中间层能够有效缓解C/C母材与焊缝界面间的残余应力。室温下BNi-2+Ni/Mo、AgCuTi+Ni、AgCuTi+Mo和AgCuTi+Ni/Mo钎焊接头的平均剪切强度分别为2.57 MPa、10.91 MPa、23.81 MPa和26.77 MPa,有效验证了有限元结果的可靠性。

C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)Zr_(0.125)Sm_(0.25)Er_(0.25)Y_(0.25))O_(2-δ)(M1R3O)、(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Sm_(0.2)Er_(0.2)Y_(0.2))O_(2-δ)(M2R3O)、(Hf_(0.25)Zr_(0.25)-Sm_(0.167)Er_(0.167)Y_(0.167))O_(2-δ)(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能,涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m^(2)的氧–乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定,未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和–1.16μm/s,相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、–1.34μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、–4.51μm/s),分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%,表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200℃)和较低的热导率((1.07±0.09)W/(m•K)),使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤,避免了界面SiO_(2)相形成所导致的界面开裂。

C/C复合材料用多自由度异形针刺头装置

C/C复合材料相比传统石墨材料具有更优异的保温性能、更高的强度、更好的韧性,且不易破碎,可有效降低生产能耗、提升设备使用寿命,从而降低整个生产的成本。在编织C/C复合材料坯体时,因坯体形状、尺寸不同,现有针刺设备满足不了生产需求,为满足C/C复合材料坯体生产要求,提出了一种多自由度异形针刺头装置,该装置和现有设备同时使用,可满足不同形状、不同尺寸的编织要求,操作简单方便。

闪光法测量C/C复合材料导热系数影响因素研究

C/C复合材料已在航空航天领域及原子能领域得到了广泛的应用,其工作温度可达1000℃以上。为对C/C复合材料导热系数进行测定,使用闪光法测定了C/C复合材料25℃至1000℃的热扩散系数和比热容,并对石墨喷敷、样品厚度、参比样品和修正模型的影响进行了研究。研究结果表明,为提高C/C复合材料热扩散系数测试准确度,样品应不喷敷石墨,测试结果使用渗射模型修正;为提高C/C复合材料比热容测试准确度,样品应均匀喷敷石墨,并使用石墨标准样品作为参比样品,测试结果使用Cowan模型修正。

基于激光加热和DIC技术的C/C复合材料热膨胀系数测量实验

针对传统的热膨胀系数测量方法实验时间长、测试温度低及难以适用于有氧环境等缺点,提出了基于连续激光加热和数字图像相关技术联用实现C/C复合材料高温升速率下的热膨胀系数测量方法。实验分别获取了激光诱导高温升率有氧环境下针刺型和3维编织型两类C/C复合材料从室温至约1000℃的热膨胀系数。研究结果表明,针刺型和3维编织型C/C复合材料的热膨胀系数随着温度的升高虽然存在一定的差异,但在纤维增强的方向热膨胀系数总体较小。提出的热膨胀系数测量方法具有实验效率高、温升速率高、适合有氧环境等优点,可用于表征C/C复合材料等耐高温材料的高温热力学性能。

基于国产T300级碳纤维复合材料C型肋结构成型工艺

以C型肋结构为研究对象,采用国产T300级碳纤维单向带预浸料,针对C型肋结构成型过程中存在的R角厚度减薄以及外形轮廓控制等问题,开展了一系列的工艺路线设计优化,通过优化零件封装方式和成型工装固化摆放方式,R角厚度实测值合格率由4.17%提高到100%;设计工装回弹角值,制造均衡铺层和对称铺层的试验件外形轮廓均能满足工程要求。通过一系列低成本高效的优化方式,本方法成功解决了成型过程中R角厚度减薄以及外形轮廓控制等问题,为国产复合材料改进研究提供借鉴,缩短了国产复合材料应用研究周期。