无纬布/网胎叠层针刺C/C材料的制备及性能

以无纬布/炭纤维网胎叠层针刺预制体为增强体,经化学气相渗透(CVI)联合沥青浸渍/高压炭化(HPIC)方法制备了针刺C/C材料,研究了该材料的热力学性能,并与整体毡C/C材料进行了对比。结果表明:针刺C/C材料室温及2 800℃下轴向拉伸强度分别为24.50 MPa和52.88 MPa,较整体毡C/C材料分别提高了138%和170%,且拉伸破坏模式为假塑性。针刺C/C材料热物理性能优于整体毡C/C材料,1 000℃轴向热膨胀系数仅为1.409×10-6/℃,相比降低了64%。针刺C/C材料优异的机械强度和良好的热物理性能为其在固体火箭发动机中的应用奠定了基础。

两种针刺纤维性能与成型性分析

研究了2种适合针刺炭预制体纤维——预氧丝纤维和炭纤维的性能,并对比了2种纤维成网性能和针刺性能的差异。预氧丝纤维炭化后拉伸强度为2 000 MPa,低于炭纤维(≥3 000 MPa)。预氧丝纤维单丝断裂延伸率是炭纤维的4倍,针刺Z向纤维平均长度8～15 mm,是炭纤维的3～4倍;3K炭布/预氧丝网胎针刺预制体Z向剥离强度达到0.594MPa,而3K炭布/炭纤维网胎针刺预制体剥离强度为0.128 MPa。炭纤维网胎针刺预制体热处理过程尺寸稳定,可满足高强度薄壁C/C复合材料构件的使用要求。预氧丝网胎针刺预制体层间连接紧密,适合制备厚壁C/C复合材料部件,整体性能优越。

航空刹车用C/C复合材料坯体结构的研究

为了探索降低航空刹车用C/C复合材料成本、提高性能的有效方法 ,对现役国外航空刹车用C/C复合材料的部分力学性能和热导率进行测试 ,并利用金相显微镜对其坯体结构进行观察分析 ,在此基础上 ,自制了一种针刺整体毡 ,进行CVD增密 ,并与炭布叠层坯体的结果对比。结果表明 :国外航空刹车用C/C材料的层间剪切强度和垂直方向热导率比较高 ,坯体趋向于使用针刺毡 ;针刺整体毡由无纬布和网胎交替叠层 ,经针刺而成 ,这种结构具有孔隙分布均匀、气体扩散通道多、Z向纤维含量高的特点 ,为CVD增密创造了良好条件 ;自制针刺整体毡坯体经 70 0hCVD增密 ,小样密度可达 1.81g/cm3 ,大样密度达 1.75g/cm3 ,且能继续增密 ,与炭布叠层坯体相比 。

坯体结构对炭/炭复合材料增密速率的影响

通过改变无纬布炭纤维类型、单元厚度 ,制备了不同的坯体 ,进行 CVD增密 ,以研究坯体结构对增密速度的影响。结果表明 :无纬布纤维为进口炭纤维 B,C的针刺毡坯体 CVD增密速率较快 ,产品最终密度较高 ;减小单元厚度 (即增加每厘米所铺无纬布和网胎的数量 ) ,相当于增加整个坯体的针刺密度 ,有利于提高 CVD增密速度 ;压差式 CVD增密的产品存在径向密度梯度 ,有必要进一步改进坯体结构 ,以弥补增密工艺的不足。

航空刹车用C/C复合材料坯体结构研究

为了探索降低航空刹车用C/C复合材料成本、提高性能的有效方法,对国外炭/炭刹车材料的部分力学性能和热导率进行了测试,并利用金相显微镜对其坯体结构进行了观察分析,在此基础上,自制了一种针刺整体毡,进行CVD增密,并与炭布叠层坯体的结果对比.结果表明:国外航空刹车用C/C材料的层间剪切强度和垂直方向热导率比较高,坯体趋向于使用针刺毡;针刺整体毡由无纬布和网胎交替叠层,经针刺而成,这种结构具有孔隙分布均匀、气体扩散通造多、Z向纤维含量高的特点,为CVD增密创造了良好条件;自制针刺整体毡坯体经700h CVD增密,小样密度可达1.81g/cm^3,大样密度达1.75g/cm^3,且能继续增密,与炭布叠层坯体相比,采用针刺整体毡可显著缩短CVD周期.

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。