有机阻燃剂对UPR包覆材料耐烧蚀性能的影响及分析

选取有机磷系阻燃剂A、氮系阻燃剂B和三聚氰胺C、卤系阻燃荆十溴联苯醚D,利用田口方法的望小特征系统研究了有机阻燃剂对UPR包覆材料耐烧蚀性能的影响,得到最佳配比为A:B:C:D=8:24:24:24,其中阻燃剂D对UPR线烧蚀率的影响最为显著.通过对烧蚀成炭层进行形貌分析,探讨了有机阻燃剂改性UPR包覆层的耐烧蚀特征;并结合阻燃剂/UPR复合材料的TG-DTG分析,探索了不同阻燃荆对改性UPR包覆材料耐烧蚀性能的作用机理.结果表明,磷系阻燃剂能促进UPR材料成炭,氮系阻燃剂通过气化作用保护UPR基体,卤系阻燃剂具有一定的气相阻燃和固相促进成炭作用.     

耐烧蚀材料对无阻燃剂三元乙丙橡胶材料烧蚀性能的影响

为了提高固体火箭发动机绝热层材料耐烧蚀性能,采用三元乙丙橡胶、芳纶短纤纤维、硼酚醛树脂、过氧化二异丙苯为无阻燃剂绝热层材料的基本体系,研究了空心微珠、陶瓷微珠、玻璃鳞片、聚碳酸酯、苯并噁嗪树脂、甲基苯基硅树脂等耐烧蚀填料对三元乙丙橡胶烧蚀性能的影响。结果表明,无机填料(空心微珠、陶瓷微珠、玻璃鳞片各10份)、聚碳酸酯15份、苯并噁嗪树脂15份、甲基苯基硅树脂15份,线烧蚀率依次减少,分别为(0.203~0.222)mm/s、0.185mm/s、0.165mm/s、0.154mm/s,甲基苯基硅树脂是最理想的耐烧蚀填料,对无阻燃剂耐烧蚀三元乙丙橡胶研究具有一定的参考价值。     

硅橡胶基防热涂层动态烧蚀行为及机理研究

针对两种典型硅橡胶基防热涂层开展高温燃气流烧蚀实验，通过对烧蚀后涂层的宏观及微观形貌分析，探讨了其防隔热机理及烧蚀模型。研究结果表明：烧蚀后两种涂层均存在液态层、陶瓷层、热解层以及原始层；烧蚀过程中甲基苯基硅橡胶涂层主要发生主链“回咬”成环反应，导致树脂基体交联密度降低，力学性能下降，涂层外表面发生开裂，甲基乙烯基硅橡胶涂层则主要发生侧基交联反应，使树脂基体交联密度上升，促进涂层发生陶瓷化转变；热辐射、热容吸热、热解反应吸热以及热阻塞效应为四种主要的热耗散机制，质量损失产生的原因主要包括反应气体释放以及气动剪切力导致的机械剥蚀。     

石墨/AlSi耗散防热材料喉衬烧蚀试验研究

为提高石墨的耐烧蚀性能,利用压力浸渗方法将AlSi合金渗入石墨孔隙中获得石墨/AlSi耗散防热复合材料。利用小型烧蚀实验发动机开展了不同推进剂和压强工况下石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬和C/C喉衬的对比烧蚀试验研究,总结了推进剂铝含量、燃烧室压强对相对烧蚀性能影响,并分析石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理。结果表明,石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬线烧蚀率低于相同状态下C/C材料喉衬的线烧蚀率,其中在铝质量含量5%、压强12.5 MPa工况中石墨/AlSi喉衬线烧蚀率降低92%。分析认为石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理主要为:石墨孔隙内的AlSi合金通过熔化和气化相变吸收热量,降低了石墨基体的热负载;AlSi合金的熔化后在表面形成的液态膜阻碍了燃气中氧化性成分向石墨基体中的扩散;合金气化产生的Al、Si蒸气在引射作用下注入边界层,与边界层中氧化组分发生反应,降低其中的氧化组分浓度;AlSi合金氧化后形成的Al_2O_3-SiO_2玻璃态熔融层减弱燃气对喉衬机械剥蚀作用。最终石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬表现出优异的抗烧蚀性能。     

SiC对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、烧蚀及热物理性能的影响

为了研究SiC及其前驱体聚碳硅烷对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料的影响,本文以聚碳硅烷和有机锆分别为SiC和ZrC的前驱体,利用PIP法制备了C/C-ZrC和C/C-ZrC-SiC两组复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料的微观结构进行分析,在氧乙炔环境下考核了复合材料的抗烧蚀性能,并选用热分析仪对两组材料的热物理性能进行对比分析。结果表明,聚碳硅烷因其较高的SiC产率可以提高C/C-ZrC-SiC复合材料中陶瓷基体的致密程度,其产物SiC改善了陶瓷基体与碳基体的界面结合状态。氧乙炔烧蚀120 s后,与C/C-ZrC相比,SiC的加入使C/C-ZrC-SiC表现出更优异的抗烧蚀性能,主要归功于烧蚀中心表面熔融ZrO_2保护层和烧蚀边缘致密SiO_2层的形成。此外,SiC有利于提高材料的导热性能,同时降低其热膨胀系数。     

CVD-SiC涂层封孔处理后C/C-ZrC-SiC复合材料的烧蚀行为

为提高聚合物浸渍裂解法制备的C/C-ZrC-SiC复合材料的抗烧蚀性能,采用化学气相沉积(CVD)技术对材料进行了SiC涂层表面封孔处理,并考察材料在氧乙炔环境中的烧蚀行为,明确CVD-SiC涂层对材料的抗烧蚀性能的作用。研究结果表明,CVD-SiC涂层封孔处理后材料表现出优异的抗烧蚀性能,烧蚀240 s后,其线烧蚀率仅为0.94×10-3mm/s,较无涂层材料的降低了39.4%。在烧蚀过程中,中心区域涂层及基体材料的演变过程如下:SiO_2膜包覆ZrO_2结构的形成→SiO_2膜失效→基体中Zr C和SiC的氧化→ZrO_2致密保护层的形成。SiC涂层对材料烧蚀性能的贡献主要体现在以下两方面:烧蚀中心区域的SiC涂层被氧化成SiO_2,其蒸发带走大量的热流,降低了材料的烧蚀温度;此外,SiC涂层的存在有效减少了材料内部的氧化及裂纹的形成。     

固体火箭发动机喷管传热与壁面烧蚀的耦合计算分析

为研究某型固体发动机在地面工作过程中喷管的受热与烧蚀,对其工作后140 s内复合喷管壁面受到管内高温喷流辐射与对流加热,以及发动机外部环境辐射与对流冷却条件下的壁面受热与材料热解烧蚀建立一维非稳态热分析模型进行计算分析。其中,喷管材料采用金属基体内衬高硅氧-酚醛复合隔热材料构成,高温喷流对喷管的辐射加热采用非灰参与性介质的封闭腔辐射换热模型计算,对喷管的对流加热采用巴兹公式计算,复合喷管壁面材料升温后的热解分为基体材料升温-基体材料热解-热解层炭化-Si O2熔融-炭化层脱落五个阶段进行分析。研究发现,喷管收敛段和喉部主要受到高温喷流的辐射加热,内壁辐射热流约为对流热流的2.5倍,喉部下游因喷流温度下降,速度激增,内壁对流热流超过辐射热流,在扩张段尾部,内壁的辐射热流再次超过对流热流;发动机工作过程中,喷管收敛段和喉部壁面的高硅氧-酚醛复合隔热材料随时间逐渐被烧蚀,烧蚀厚度随时间上升,喉部烧蚀厚度最大,140 s时烧蚀厚度达到8 mm,平均烧蚀速率为0.057 mm/s;喷管扩张段中后段喷流温度大幅下降,壁面内高硅氧-酚醛复合隔热材料未烧蚀;沿喷管壁面厚度自内向外,壁面温度急剧下降,发动机工作后16 s时,喉部截面处内壁温度达到2700 K,而外壁温度仅为340 K。     

新型锆硅复相陶瓷先驱体的制备及性能

将四-二乙氨基锆(TDEAZ)和乙炔基苯胺封端的聚碳硅氮烷(PCSN)进行液相共混,制备含有Zr、Si元素的新型复相陶瓷先驱体(ZPCSN),并通过FT-IR对其结构进行表征,利用DSC与TGA分别探讨其固化行为及耐热性能;并通过XRD与EDS研究ZPCSN的陶瓷先驱体、耐高温陶瓷。陶瓷化性能结果表明,ZPCSN结构中含有C≡C键,在固化过程中交联形成致密的三维网状结构,赋予ZPCSN优异的耐热性能;在1 600℃氩气氛围中,ZPCSN裂解形成Zr C/Zr N/Si C/Si3N4多元复相陶瓷,保留率为67.92%,这表明ZPCSN具有优异的陶瓷化性能。     

马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-g-MAH)对三元乙丙橡胶内绝热层材料性能的影响

为提高三元乙丙橡胶(EPDM)内绝热层材料的耐烧蚀性能,将马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-gMAH)作为基体与无机填料之间的相容剂。采用拉力试验机、多工位-氧乙炔烧蚀测试仪、热失重分析仪和扫描电镜等分析手段研究了材料的机械性能与耐烧蚀性能。测试结果表明:添加EPDM-g-MAH后,EPDM内绝热层材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均有所降低,并且随着EPDM-g-MAH含量的增大,烧蚀后形成的碳层也越来越致密均匀。另一方面,当EPDM-g-MAH质量分数为9.5%和14.3%时,EPDM内绝热层材料的力学性能大幅度提升。其中,当EPDM-g-MAH质量分数为14.3%时,EPDM内绝热层材料综合性能最为优异,断裂伸长7.8倍,提高了1.191倍;拉伸强度为6.7MPa,提高了71.8%;线烧蚀率为0.079 9mm·s-1,下降了17.2%。该结果将为更多新型填料在EPDM材料中应用提供支持。     

Si含量对Fe-Si合金渗碳处理组织和性能的影响

以Fe-Si二元合金为基体进行表面渗碳处理,研究了Si含量对渗碳层组织、硬度及耐磨性的影响。结果显示基体中的Si原子在渗碳过程中氧化形成SiO2沿奥氏体晶界分布,随Si含量增加,SiO2含量增加并呈连续网状分布。渗碳处理后Fe-Si合金表面硬度在64HRC以上,硅原子对渗碳过程产生阻碍作用,渗碳有效硬化层深度随Si含量增加显著降低。干摩擦条件下Fe-Si合金渗碳层抗平面滑动摩擦磨损性能随Si含量增加逐渐提高,Fe-3%Si合金耐磨性高于高铬铸铁。