碳-碳复合材料的单粒子侵蚀破坏

前言就目前的再入防热材料来说,碳-碳复合材料是最引人注目的。这种材料受自然粒子(雨、雪、冰)和诱发粒子(尘埃)侵蚀的性状是人们所相当关心的一个问题。倪建一等采用二级轻气炮发射粒子的技术进行了碰撞侵蚀实验。所发射的粒子材     

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?     

固体火箭发动机碳基材料喷管机械侵蚀特性

为研究碳基材料喷管的机械侵蚀特性,基于两相流理论和经验公式,考虑液滴的蒸发与反应,建立了二维轴对称碳基材料喷管机械侵蚀计算模型.针对15-lb BATES发动机喷管进行了机械侵蚀计算,研究了液滴轨迹、机械侵蚀情况的分布规律,以及推进剂中Al质量分数和燃烧室压强对机械侵蚀的影响.结果表明:机械侵蚀率计算最大值为55μm/s,在实验结果范围内.Al/Al₂O₃混合液滴是机械侵蚀的主要因素,Al液滴由于蒸发氧化而不对壁面造成碰撞.机械侵蚀发生在喷管收敛段,峰值位于喉部上游入口处,喉部和扩张段无机械侵蚀现象.推进剂中Al质量分数增加对机械侵蚀率无显著规律性影响.机械侵蚀率随燃烧室压强的增加呈超线性增长.      

碳-酚醛材料的温度场及烧蚀研究

本文研究了碳-酚醛材料在固体火箭发动机喷管中的烧蚀机理及性能.阐述了烧蚀过程中化学反应、粒子侵蚀及剪切力作用三方面的影响,并进行了计算.计算与实验结果比较,得到了综合考虑化学、机械两方面因素的烧蚀计算经验式.     

四种防热材料的烧蚀侵蚀试验研究

主要研究了2．5D高硅／粉醛、短纤维模压高硅／酚醛、斜缠高硅／酚醛、三向碳／碳等四种材料的驻点烧蚀侵蚀性能。结果表明在燃气流中粒子含量、速度、粒子种类对材料驻点烧蚀侵蚀有非常大的影响，在烧蚀侵蚀过程中，粒子的侵蚀起主要作用。     

碳/酚醛材料的粒子侵蚀

引用均质材料的冲蚀疲劳理论，研究了碳／酚醛材料应用在固体火箭发动机喉衬情况下的侵蚀特性；分别对无碳化层和有碳化层两种状态进行了分析和计算。综合热化学烧蚀计算与实验对比，得到粒子冲蚀的定性定量结果。     

三向碳-碳复合材料的微观结构

碳-碳复合材料是指用碳纤维或其织物作增强剂,以沉积碳或浸渍碳作基体制成的复合材料。碳-碳材料的性能与它的微观结构有密切的关系。揭示材料微观结构组成的常用方法有偏光显微镜、扫描电镜和透射电镜观察。偏光显微镜观察可以了解材料的微观结构概貌,也可以利用偏光下晶体的光学特性(消光现象)看到不同晶相的组成。但是,一般光学显微镜放大倍数较小(1500倍以下),有些结构     

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。     

防热材料受液滴碰撞时的侵蚀破坏

本文介绍碳-碳,高硅氧-酚醛复合材料、碳-石英及钨渗铜等防热材料的单粒子液滴碰撞实验结果,以扫描电镜观察其破坏特征,并就液滴碰撞和固体粒子碰撞的不同效应进行了讨论。     

轴棒法编织C/C复合材料的超声速火焰烧蚀性能

为了研究轴棒法编织、高压浸渍-碳化致密工艺(HPIC)及高温处理工艺制成的高密度的碳/碳(C/C)复合材料在火箭发动机中的烧蚀性能,使用气氧和煤油超声速(HVO)火焰对复合材料进行含铝工况烧蚀/侵蚀实验,烧蚀时间为30s;对比研究了复合材料在有、无含铝粒子侵蚀时烧蚀性能的差别;分别用扫描电镜、微CT和表面能谱分析了不同工况烧蚀表面的形貌和成分。结果表明,在不同的烧蚀工况下,材料的表面粗糙度不同,微观形貌和烧蚀率也有很大差异;复合材料在无粒子侵蚀工况下的线烧蚀率和质量烧蚀率的平均值分别是0.0318mm/s和0.0319g/s,烧蚀表面呈竹笋状和毛絮状,热化学烧蚀起主导作用;有粒子侵蚀时的线烧蚀率和质量烧蚀率的平均值分别是0.0516mm/s和0.0353g/s,烧蚀表面呈钝竹笋状,纤维从根部断裂,热化学烧蚀和机械剥蚀同时起作用;在纤维和基体表面有Al2O3粒子沉积;含铝烧蚀/侵蚀的线烧蚀率是不含铝烧蚀的1.6倍,质量烧蚀率的1.1倍。在烧蚀区的内部,基体碳受热后开裂,而碳纤维与基体碳间的界面相受热后无明显变化。     

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。     

粒子侵蚀问题的研究

固体火箭发动机排出的高温、高速燃气对热防护材料有很大的侵蚀作用,特别是燃气中的氧化铝粒子对材料的侵蚀起主要作用。为此,本文对粒子侵蚀问题做了理论分析和实验研究;提供了一个用以计算粒子侵蚀速度的方法和公式。最后的算例表明,此方法可行,并具有足够的精度。     

碳-碳复合材料超低温性能的一些研究

前言 碳-碳复合材料主要用作防热烧蚀材料。七十年代美国已经成功地把碳-碳复合材料用作洲际导弹“民兵-Ⅲ”弹头MK12A的鼻锥材料。航天飞机等新的应用,要求碳-碳复合材料不仅作为防热烧蚀材料而且在超低温下工作,因此研究碳-碳复合材料超低温下一些性能是有现实意义的。 碳-碳复合材料的常温或高温性能,国内外都已经进行了许多研究工作,并取得了很     

侵蚀燃速辨识

本文将控制论中的辨识技术用于确定固体推进剂火箭发动机装药的侵蚀燃速关系式,对燃速辨识方法作了较为全面和详细的研究.通过对假想发动机作燃速辨识,对该方法的可行性作了充分的论证.用燃速辨识法对真实型号的发动机作了侵蚀燃速辨识,获得了同一发动机装药在不同初温下侵蚀燃速关系式.由于燃速辨识仅需利用一条发动机试车压力一时间曲线,并且在电子计算机上用最优化方法给出结果,因而该方法具有迅速、经济、准确等优点,能更实际地研究固体火箭发动机工作状态下的装药侵蚀燃烧特性.而且便于观察过去实验研究做得较少的初温对侵蚀燃速的影响.这是一种在工程应用上确定装药侵蚀燃速的切实可行的方法.     

碳—酚醛烧蚀和热响应的理论分析与工程计算

本文分析了碳-酚醛的烧蚀机理和内部热响应特性,讨论了碳纤维的氧化、升华和碳-氮反应。指出热解气体注入边界层的作用主要是增加热阻塞效应和改变壁面组元浓度。热解气体流过材料碳层,起着降低碳层内部温度的作用。基于烧蚀机理和热响应特性的分析,给出了碳-酚醛烧蚀和内部热响应的理论计算方法,计算结果分别与固定状态和模拟再入轨道的变状态的电弧加热器的烧蚀和内部温度的试验结果作了比较,两者符合甚好。     

高温动态弹性模量测试方法

本文叙述了用悬挂共振的原理测试碳素材料高温弹性模量的动态测试方法,试样采用钨链悬挂、石墨炉加热并充氩气保护,最高测试温度为2600℃。文中对测试结果进行了误差分析,并将金属钨、石墨和三向编织碳-碳材料z、xy、45°三个取向试样的动态法测试数据与文献数据进行了比较,三向碳-碳材料的测试结果也与静态法测试数据进行了对比,结果较为一致。     

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     

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验方法

基于自主研发的氧-煤油烧蚀试验系统,发展了一种用于固体火箭冲压发动机补燃室热结构及材料烧蚀研究的试验方法。采用该方法开展了某型室温硫化硅橡胶基绝热材料的烧蚀试验,试验分别在含氧化铝粒子侵蚀和无粒子侵蚀条件下进行,并根据SEM图对比分析了粒子对材料表面微观形貌的侵蚀效应。结果表明:无粒子侵蚀条件下的试样经烧蚀后膨胀并分层,其平均线烧蚀率为-0.025mm/s;而粒子侵蚀条件下的试样平均线烧蚀率为1.901mm/s,试样中心区域的陶瓷层被粒子完全破坏,只留下极薄的热解层和裸露的碳纤维端部,碳纤维周围的基体主胶、颗粒填料及芳纶纤维均被高速焰流氧化剥离,充分说明粒子对绝热层材料的强剥蚀破坏效应;同时也验证了该方法能较好地模拟固冲发动机补燃室内的烧蚀热环境,可用于材料配方的筛选和耐烧蚀性能测试。      

抗氧化碳—碳复合材料

碳-碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用。为满足未来航天、空天飞机热结构材料的需要,必须解决碳-碳复合材料的抗氧化问题。改善碳-碳复合材料抗氧化性能的途径包括结构、纤维和基体的改进,目前碳化硅涂层是最有效的方法。     

前苏联碳／碳复合材料的开发与应用研究

前苏联碳／碳复合材料的开发与应用研究胡连成（航天工业总公司７０３所１０００７６）１碳／碳复合材料碳／碳复合材料是以高性能碳纤维编织物或以碳纤维棒作增强骨架，以沉积碳或浸渍碳或以沉积碳、浸渍碳作基体的防热复合材料，称为多向碳／碳防热材料。它综合了碳布材...