软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料的拉伸破坏行为

以X-Y平面依次铺设炭纤维束、Z向穿插炭棒的4D软硬混编为预制体,采用沥青液相常压、高压浸渍/炭化-石墨化循环致密工艺制备4D-C/C复合材料。通过该材料Z向(炭棒方向)的拉伸实验,测定其拉伸性能和力学行为,并采用SEM分析试样表面及断口形貌。结果表明:宏观上拉伸试样以炭棒整体拔出的形式破坏;细观尺度上,试样表面形成了与载荷方向垂直的贯穿性裂纹,裂纹以2 mm左右的距离呈等间距分布;材料进一步的破坏过程中,基体裂纹在X-Y向纤维束中呈线性扩展,快速分割了基体材料,使4D-C/C复合材料的拉伸破坏演变为1D-C/C复合材料的破坏模式,由于炭棒与基体炭界面结合弱,炭棒以拔出方式失效和破坏。

轴棒法混编4D炭/炭复合材料喉衬研究

采用轴棒法软硬混编4D预制体,经高压沥青浸渍炭化致密化工艺(HIPIC),制成高密度(1.93～1.94g/cm3)4D炭/炭喉衬材料。其抗烧蚀性能比径棒法4D炭/炭喉衬材料提高了20%～50%,并具有低成本的突出特点,为高工作压强、大流量的SRM喷管提供了一种低成本的喉衬材料。

不同T300级碳纤维轴棒法C/C复合材料的导热性能

选取两种国产T300级PAN基碳纤维,轴棒法制备4D预制体,以高温煤沥青为前驱体,采用液相浸渍-炭化以及石墨化相结合的技术制备C/C复合材料(密度≥1.95 g/cm3),研究了C/C复合材料从室温(RT)到800℃的热导率及其影响因素。研究表明,在实验温度范围内C/C复合材料的热导率随温度升高而降低,由于原材料自身特性和预制体编织结构具有方向性,使C/C复合材料的导热性能表现出各向异性,径向热导率明显高于轴向;密度高、开孔率小、石墨化程度高的C/C复合材料由于晶粒间连通状态好,微晶结构趋于完整,材料的热导率增大;以低压热处理为最终处理工艺的C/C复合材料热导率略有提高;采用国产T300级与东丽T300碳纤维制备的C/C复合材料的热导率相当。

钢质与碳纤维混合抽油杆柱生产系统优化设计

论文建立了钢质与碳纤维两种密度和弹性系数不同的抽油杆组成的混合杆柱的优化设计方法,能够较好计算出混合杆柱的运动规律,预测混合杆柱组合下的活塞行程等参数,采用论文所建立的设计方法,经现场应用,取得较好效果。

Z-pin增强CMC层间Ⅰ+Ⅱ混合型断裂韧性

提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ+Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pin增强机理。结果表明:随着裂纹扩展长度的增大,Ⅰ+Ⅱ型裂纹扩展阻力不断增大,相同裂纹扩展长度,增加Z-pin植入密度可以提高粘结强度,增大止裂作用。Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料裂纹扩展的耗能途径主要是层间界面剥离、Z-pin弹性剪切和拉伸变形。

C/C复合材料预制体的研究进展

C/C复合材料是航空航天领域重要的热结构材料,碳纤维预制体是其最主要的基础技术之一,决定着C/C复合材料的各项性能。本文主要介绍了针刺毡、细编穿刺预制体和轴棒编织预制体等C/C预制体,对比了不同预制体的工艺方法、性能和应用特点。针刺毡预制体由于成本低、烧蚀均匀等特点,广泛应用在固体火箭发动机喷管和飞机刹车盘领域;细编穿刺预制体具有纤维体积含量高、致密化周期短和烧蚀率低等特点,应用在固体火箭发动机喉衬;轴棒编织预制体由于织物中70%以上纤维垂直于燃气流方向,提高了材料的抗烧蚀性能,适于制造大型固体火箭发动机。针对国内预制体的研究状况,提出了要加强预制体的孔隙结构、纤维排布等对C/C复合材料的力学、热物理学以及后续致密化工艺影响的研究,更好地促进预制体的发展,进一步提升我国C/C复合材料的性能。

软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料弯曲行为

以z向穿插炭棒、x-y向铺层纤维束法编织的软硬混编4D炭纤维预制体为增强体，采用沥青液相浸渍／炭化法制备了4D—C／C复合材料，研究了材料z向（炭棒方向）高温弯曲行为及损伤机理。结果表明：在室温～2100℃范围，随着温度的升高，4D—C／C复合材料z向弯曲强度呈现先增加后减小的趋势。在室温～1800℃时弯曲强度呈现增加的趋势。1800℃后随着温度升高弯曲强度开始逐渐降低，但当温度达到2100℃时其弯曲强度仍比室温下稍高。在室温一2100℃范围，随着温度的升高，软硬混编预制体增强沥青基4D—C／C复合材料。向弯曲断裂应变一直呈增加的趋势，而弯曲弹性模量总体呈减小的趋势。室温下4D—C／C应力一应变曲线几乎为线性关系，高温下4D—C／C复合材料z向弯曲破坏更加趋向于非线性的破坏模式。损伤表征结果表明，随着温度的升高，材料破坏时的最大损伤逐渐增加。

叠层针刺工艺参数对碳纤维复合材料力学性能的影响

采用叠层针刺工艺方法,制备缎纹布/网胎碳纤维针刺预制体,并进行树脂基复合,得到碳纤维复合材料。测试其力学性能,探究不同针刺密度、针刺深度对其拉伸性能和层间剪切性能的影响。结果表明:随着针刺密度、针刺深度的增加,碳纤维复合材料拉伸性能呈下降趋势,其层间剪切性能呈先增后减趋势;针刺深度对拉伸性能、层间剪切性能的影响比针刺密度更显著。在针刺密度25刺/cm^2、针刺深度13 mm的工艺参数下可获得综合力学性能较优的缎纹布/网胎叠层针刺复合材料,其拉伸强度为253 MPa、层间剪切强度为31.24 MPa。