氧化对碳-碳复合材料杨氏模量、抗弯强度、断裂韧性和断裂功的影响

碳-碳复合材料是一种高级宇航材料,由于它具有卓越的烧蚀性能、力学性能和耐磨性能,而且重量轻、比重较小、热物理性能也较好,因此已经广泛地被用作战略核武器的再入防热材料,特别是州际导弹的鼻锥材料、火箭发动机的喷管喉衬材料,以及飞机的刹车片材     

三维编织碳/酚醛复合材料研究进展北大核心CSCD

航天装备面临着越来越严苛的热环境,对防热材料的性能要求不断提高。三维编织碳/酚醛复合材料是一种综合性能优异的烧蚀防热材料,并且得益于三维编织预制体的特殊结构而具有极佳的可设计性,能够实现防热-结构一体化要求,随着编织工艺和成型工艺的不断发展,三维编织碳/酚醛逐渐成为航天领域热防护系统理想的候选材料。本文从三维编织碳纤维预成型体、酚醛树脂基体、成型工艺、复合材料耐烧蚀性能四个方面总结了三维编织碳/酚醛复合材料的相关研究进展。     

碳-碳材料微观结构和烧蚀剥蚀过程的初步分析

碳-碳复合材料具有良好的烧蚀性能和机械性能,以及较好的热物理性能,是战略核武器头部防热材料中极有希望的一种材料。但是它存在“剥蚀”问题,“剥蚀”是影响碳-碳性能的技术关键之一。本文概要地回顾了国外对碳基防热材料的烧蚀剥蚀和破坏的论述。报导了碳-碳材料当前性能,并与国外典型碳一碳材料进行了对比。通过电子扫描显微镜,研究了碳-碳材料的微观结构,重点对三向2-2-2和 Z 向增强毡碳-碳烧蚀后的试样进行了研究、观察和分析。其中包括:基质碳的微观结构和特点;裂缝在基质碳中的取向及其发展;基质碳在烧蚀过程中的变化和破坏;Z 向和 X—Y 向纤维束的结构形态和烧蚀以及“球形碳”和它的影响因素等。提出了对上述材料烧蚀剥蚀过程和热裂破坏特性的初步分析。在此基础上,讨论了研究改进碳-碳材料工艺的方向与措施。     

不同基体形式对碳-碳复合材料烧蚀性能的影响

前言碳-碳复合材料由于内部有高强度碳纤维的骨架增强,使这种石墨材料在受到热冲击时能阻止裂缝的扩展,因此,作为防热材料应用的碳-碳复合材料,其烧蚀性能与基体形式有着非常密切的联系。美国超高温公司曾研究了纤维随机取向的碳毡、多股丝编织的三维结构以及平纹碳布,石墨布层状基体对复合材料性能的影响。指出,基体中孔隙     

透射电子显微镜研究三种碳-碳复合材料的微观结构

前言 碳-碳复合材料是一种新型的防热烧蚀材料和耐磨材料,用于制造导弹鼻锥或喷管喉衬和飞机刹车片等部件。取决于实际使用的具体条件,对碳-碳复合材料的结构和性能将有不同的要求。采用不同的纤维和基体原料及不同的复合工艺,所得碳-碳复合材料将具有不同的结构和性能。本文着重总结我们利用日     

用于RTM工艺的烧蚀树脂及其复合材料

根据烧蚀防热复合材料RTM制备技术对树脂的要求,研究了一种适合于RTM工艺的无溶剂高残碳烧蚀树脂及其法向增强复合材料,详细讨论了树脂的黏度-温度特性、耐热性能、烧蚀性能及烧蚀复合材料的力学性能、热物理性能,并对制备的烧蚀防热材料构件进行了固体发动机热试车考核。结果表明:采用多环芳香酚改性的高邻位酚醛树脂工艺适用期长达120min、残碳率达67. 1%,使用该树脂制备的几种法向增强的复合材料层剪强度达39. 3MPa以上;该类树脂基烧蚀防热材料可作为固体火箭发动机扩张段的标准材料。     

低密度防热材料烧蚀性能研究

对两种蜂窝增强低密度烧蚀防热材料和一种中密度烧蚀结构材料力学性能及隔热性能进行了测试,同时通过电弧风洞对三种烧蚀防热材料的烧蚀性能进行了研究。结果表明,在一定的热流状态下,蜂窝增强低密度防热材料未出现烧蚀后退,而是轻微膨胀,且材料密度对其烧蚀形貌及碳层厚度均有一定影响;不同防热材料在烧蚀过程中存在热量传递与重新分布,从而减缓防热性能较差材料的烧蚀程度,提高两种材料的烧蚀匹配性能。隔热性能好的材料碳层厚度小,但隔热性能与碳层厚度无线性关系。     

碳/石英防热复合材料烧蚀性能

为研究碳/石英防热复合材料的烧蚀性能,采用电弧加热器和碳/石英平头驻点模型,在不同驻点压力Ps、不同热流密度q和不同焓值hs的多组合条件下进行了烧蚀试验。针对试验所得数据,利用多元回归分析方法,建立了质量烧蚀率与热流密度、驻点压力、焓值3个参数之间的数学模型,并对模型的合理性进行了检验。结果表明,所建立的3个参数数学模型对试验数据的拟合程度很好,热流密度与质量烧蚀率最为相关;与单参数、2个参数的数学模型相比,3个参数的数学模型对实验数据的拟合效果更好,能很好地反映碳/石英防热复合材料的烧蚀性能。     

问与答

Bhjkhhk 问:1、碳/碳复合材料在航空航天领域有重要作用,它一般是怎样制备的?答:这是一种以碳石墨纤维或其织物为增强材料,以热解碳、沉积碳或浸渍碳为基体的碳基复合材料。它基本上是一种防热功能材料,按照防热原理可分为烧蚀防热材料和热结构材料两大类。烧蚀碳/碳是一种升华型烧蚀材料,利用材料在高温下升华吸热和辐射散热,并能保持烧蚀外形,可用于远程导弹端头和固体火箭发动机喉衬、喷管。主要包括整体碳毡/碳材料和三向碳/碳防热材料等。热结构碳/碳是一     

喉衬热环境与碳/碳复合材料的烧蚀

在分析固体火箭发动机喷管喉衬热环境与碳/碳复合材料烧蚀行为的基础上，从材料的角度讨论了影响碳/碳复合材料烧蚀性能的因素。结果表明：碳/碳复合材料的烧蚀是受喉衬复杂燃气环境众多因素共同作用的结果，主要的烧蚀效应有碳的升华、表面异相化学反应以及机械侵蚀；影响碳／碳复合材料烧蚀性能的材料本体特性有纤维特性、预制件结构、材料密度、孔隙、基体碳的种类、石墨化度、杂质，其中部分因素存在交互影响的作用。     

国外头部防热材料研制动向和碳—碳材料研究近况

美国战略核武器“民兵—Ⅲ”拟用MK12A取代MK12,MK12A头部防热材料是碳—碳复合材料。美国海军“三叉戟”的机动弹头MK500,也很可能系采用碳—碳材料作为头部防热材料。美国陆军认为反弹道导弹鼻锥经受极为苛刻严历的条件,碳—碳材料是可能满足这些条件的唯一材料。从1958年发现碳—碳材料以来,它的研制和应用已经经历了三个阶段,取得了极大进展。第一代碳—碳材料系三向正交细编碳—碳材料,增强剂大多采用高模石墨纤维,纤维排列推荐2—2—1和2—2—3,复合工艺发展趋向是先用化学气相沉积,然后浸渍、碳化、石墨化,浸渍剂趋向于用沥青。三向正交细编碳—碳材料已经克服了过去碳—碳材料所存在的严重各向异性问题。与七十年代初期3DMod3相比,机械性能与烧蚀性能等都有了显著提高与改进。     

多向碳/碳复合材料的研究和发展

多向碳/碳复合材料是以多向织物为增强剂,沥青碳、树脂碳、沉积碳为基体复合而成的材料。三向正交结构是多向结构的最简单形式。这种材料的强度极限、断裂应变、烧蚀性能和整体破坏性能比石墨和二向碳/碳材料都高,因此美国首先将其用作MK-12A导弹的端头材料。细编穿刺结构是三向正交结构的改型,和三向正交结构相比细编穿刺结构具有更小的烧蚀量和更好的烧蚀外形,另外通过穿刺过程加入一定的粒子组分从而提高了抗侵蚀性     

防热材料侵蚀试验结果和形貌分析

该文简要介绍几种防热材料,包括难熔金属类、石墨类、碳-碳复合材料、增强塑料及补强陶瓷,在含熔融氧化铝粒子喷流中的烧蚀-侵蚀实验结果。文中对实验材料的抗侵蚀性能作了初步评价,并对侵蚀后的微观形貌作了分析。     

前苏联的防热—介电材料

防热-介电材料也叫防热-无线电透波材料,多数为陶瓷基复合材料,有石英玻璃、三向石英立体织物浸渍硅树脂或硅溶胶等,均属熔化型烧蚀,生成的液膜具有较高的粘度、不碳化并能继续保持透波性能。它可与玻璃/酚醛、高硅氧/酚醛、碳/酚醛防热材料相匹配使用,用于导弹弹头天线窗防热-介电盖板。     

烧蚀复合材料用酚醛树脂研究

用于制作烧蚀防热材料的酚醛树脂基体具有耐烧蚀、高纯度和工艺性能优良等特性。酚醛树脂碳化后的成碳率和碳层质量对碳/酚醛复合材料的烧蚀性能有很大的影响。合理的分子结构,工艺和添加适当的碳粉末可提高材料的成碳率和烧蚀性能。优良的树脂碳坚固、致密、并且和碳纤维匹配良好。在TEM下可观察到石墨化区域,而质量低劣的树脂碳呈疏松,多孔状,是一类有缺陷的无定形碳。     

改进碳-碳工艺结构对提高雨蚀性能的效果(译编)

碳-碳复合材料,已是当前公认最好的再入防热材料。碳-碳材料的工程应用,也已日趋成熟,已成功地用于美国民兵Ⅲ洲际导弹弹头。现在人们普遍关心的是:在存在粒子侵蚀的再入环境下,碳-碳材料是否仍能胜任?从改进碳-碳工艺结构着手,提高碳-碳材料的抗侵蚀性能到底有多大潜力?     

北京材料工艺研究所研制成功碳/酚醛防热层材料

碳/酚醛复合材料是继玻璃/酚醛,高硅氧/酚醛复合材料之后的又一代新型防热材料,它具有密度小、纯度高,有效烧蚀热高等优良性能,不仅在正在服役的美国民兵Ⅱ弹头MK-12上得到应用,而且将应用在80年代末投入使用的MX导弹     

辐射/ 烧蚀交替型柔性防热复合材料

通过优化防热方式,提高柔性防热材料的烧蚀防热性能,设计制备了一种辐射/烧蚀交替型柔性防热材料,该柔性防热材料由多层复合防热布叠合构成,复合防热布是一种烧蚀体表面附着辐射层的复合材料,并通过氧乙炔烧蚀试验评价了其热防护性能。通过辐射层表面处理方法提高辐射层与烧蚀层的粘接性,用T型剥离试验、SEM评价了其粘接性能。结果表明,较烧蚀型防热材料,辐射/烧蚀交替型柔性防热材料具有更优异的热防护性能,烧蚀后防热层完好数更多,背温更低;表面处理方法可有效提高剥离强度,在处理剂浓度为5%时,效果最佳。     

酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能

为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0. 3 g/cm^3,压缩强度达到了11. 7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600℃)的导热性能,25℃下热导率为0. 141 W/(m·K),600℃下热导率为0. 344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0. 031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。     

碳纤维表面特性对防热材料烧蚀性能影响的研究

为了提高碳／酚醛防热材料的烧蚀性能，着重对碳纤维的表面特性进行了分析研究。结果表明，碳纤维的表面状态对防热材料烧蚀性能有很大的影响，其中主要的影响因素是纤维的捻度和浆料。为了改善材料在高状态试验条件下的烧蚀性能，降低纤维的捻度和上浆量是必需的。