TiAl基合金表面低真空制备SiO_2涂层的工艺研究

为解决Ti Al基合金在750℃以上的抗高温氧化性能不足的问题,提出了采用溶胶凝胶法在其表面进行低真空制备SiO_2涂层的工艺方法。本文研究了涂膜次数对涂层表面形貌的影响,并对涂层厚度,涂层结合力,热处理后Ti Al基体抗高温氧化性等方面进行了研究,从而确定了低真空制备SiO_2涂层的可行性工艺方案。涂膜次数三层时,在Ti Al表面可以获得良好附着力和致密性高的SiO_2薄膜;在800℃高温氧化测试中,未涂膜试样氧化8h后增重2.333mg/cm2,三层涂膜试样氧化504h氧化增重仅为0.2143mg/cm2且表面没有出现剥落现象,大大提高了基体的抗高温氧化性能。     

Al/HMX复合含能材料的制备及其燃烧特征参数研究

奥克托今(HMX)包覆铝粉(Al)能够有效降低Al的团聚烧结现象并改善其能量释放效率。采用物理混合法、溶剂-反溶剂法和溶剂蒸发诱导自组装法分别制备了三种不同结构的Al/HMX-1、Al/HMX-2和Al/HMX-3复合含能材料。相较于Al/HMX-1和Al/HMX-2,Al/HMX-3复合材料为球形包覆结构，D₅₀为6.651μm,各组分均匀分布。Al/HMX-3复合材料具备最优的热分解性能，其HMX的分解峰温降低到264.3℃,比Al/HMX-1和Al/HMX-2分别降低了～20.0℃和～19.2℃。燃烧性能分析表明，Al/HMX-3复合样品的燃烧更剧烈，团聚烧结现象降低，具有最高的燃烧热和燃烧温度。通过HMX均匀的包覆，HMX分解及时为Al燃烧提供氧化性气体“牢笼”促进Al氧化，并减少Al颗粒之间的相互碰撞导致的团聚。因此，燃烧性能和能量释放效率得到大幅度提升。     

HTPB推进剂中石墨烯包覆铝粉的燃烧和团聚行为

采用热分析法、静态燃速测试、标准发动机燃速测试、爆热测试、高速摄像等手段,对比研究了石墨烯包覆铝粉取代相同规格铝粉后HTPB推进剂的热分解特性、燃烧特性及燃烧过程。结果表明,石墨烯包覆铝粉加入后使AP低、高温分解峰分别推迟7℃和22℃,抑制了AP分解,导致推进剂燃速有所降低。石墨烯包覆铝粉对丁羟推进剂团聚的影响具有两面性,一方面推进剂在石墨烯的导热作用下,石墨烯包覆铝粉燃烧更加充分,从而改善了这部分Al-G复合物的团聚。另一方面铝颗粒的燃面滞留时间延长和熔化程度增加,燃烧产生大粒径团聚物,从而导致石墨烯对改善丁羟推进剂铝粉燃烧效率不明显。     

纳米NiO/CNTs和Co3O4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。     

高温水蒸气对RDX/PMMA形貌及热分解性能影响

以RDX为主体炸药,PMMA为粘结剂,分别在50、60、70、80、90℃的高温水蒸气下用一步造粒技术高效制备了RDX/PMMA复合粒子,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分析了复合粒子的形貌及热分解性能。结果表明,一步造粒法制备的RDX/PMMA复合粒子的最佳水蒸气温度为80℃,此条件下制备的RDX/PMMA复合粒子粒度分布范围较窄,包覆层致密,包覆效果较好;通过DSC分析可知,该温度下制备的复合粒子表观活化能由155.07 kJ/mol提高到172.53 kJ/mol,热爆炸临界温度由223.48℃升高到228.23℃,热分解性能有明显改善。一步造粒技术在制备RDX复合粒子的过程中省去了RDX细化及干燥的过程,与水悬浮包覆工艺相比,工作效率有明显提高。     

Al包覆层厚度对Al-NiTi复合垫片密封面压紧力影响的有限元分析

用ABAQUS分析了法兰连接中不同Al包覆层厚度下Al-NiTi复合垫片密封面压紧力的分布,并与同等加载条件下的NiTi垫片、金属石墨缠绕垫片进行了对比。结果表明,相比NiTi垫片,Al包覆层降低了密封面的压紧力,随包覆层厚度增加,降低幅度增加;包覆Al层后,垫片密封面压紧力沿径向分布呈现波纹起伏,随包覆层厚度增加,波动幅度增加;Al-NiTi复合垫片内外侧附近出现密封压紧力急剧上升的突变,且随垫片厚度减少,突变值增加,这有利于提高密封效果;Al包覆层厚度为0.2 mm时,密封面压紧力数值较为理想,甚至超过NiTi垫片和金属石墨缠绕垫片。     

钦合金表面高太阳吸收比膜层结构及热控性能研究

用微弧氧化工艺在钛合金表面制备陶瓷膜层,研究了不同无机盐添加剂对膜层热控性能的影响,确定了钴盐、镍盐和铁盐多种无机盐复合微弧氧化工艺。研究了钨酸钠浓度和微弧氧化时间对膜层厚度、粗糙度、结构及热控性能的影响。在钛合金表面制备了太阳吸收率为0.93、发射率0.88的微弧氧化膜层。     

基于伴飞模式的异面星座多补给任务研究

用微弧氧化工艺在钛合金表面制备陶瓷膜层,研究了不同无机盐添加剂对膜层热控性能的影响,确定了钴盐、镍盐和铁盐多种无机盐复合微弧氧化工艺。研究了钨酸钠浓度和微弧氧化时间对膜层厚度、粗糙度、结构及热控性能的影响。在钛合金表面制备了太阳吸收率为0.93、发射率0.88的微弧氧化膜层。     

硅钼含量对C／C复合材料SiC-MoSi2涂层结构和高温抗氧化性能的影响

采用两步包埋法在C/C复合材料表面制备SiC-MoSi2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射分析、扫描电镜观察,研究了包埋粉料中硅钼含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响。结果表明,随着包埋粉料中硅钼比的减小,涂层的厚度和致密性先增加后减小,硅钼质量比为6∶1时所制备的复合涂层具有较大的厚度和较为致密的结构,且MoSi2含量相对较高,体现出优良的抗氧化和抗热震性能,在1 500℃氧化87.3 h和经过9次1 500℃室温急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为3.22%。穿透性裂纹的形成是长时间氧化后涂层失效的主要原因。     

含能极性推进剂中加入中性聚合物键合剂的填料增强机理

在 HMX/PEG/NG 复合高能推进剂中,加入少量新近开发的中性聚合物键合剂(NPBA),能够得到强烈的填料增强效果,其机理是因为产生了界面效应,而不是增加了粘合剂总体交联密度.NPBA 对 HMX 有良好的相对亲合性,在混合过程中它能聚集在固体表面.在固化过程 HMX 周围能形成高度交联的聚合物壳层,并和粘合剂以化学键相联,导致起始模量增加;而且,这些壳层似乎消除了颗粒周围的松软层,从而使填料增强效果所能维持到的延伸率要比未含 NPBA 的高许多.加入 NPBA 的步骤很简单,与预先包覆颗粒的办法有同样的效果,因此加入 NPBA 经济性更好.     

碳包覆纳米铝粉的制备

采用激光-感应复合加热法在CH4和Ar的气氛下制备了碳包覆铝纳米粒子。对这种纳米粒子进行X射线衍射和透射电子显微镜分析测试,提供了确定纳米颗粒新型核-壳结构的实验依据。设计了几种类型的CH4气体喷嘴,经实验可知,CH4在高温区分解时,很容易与铝发生化学反应,只有选择合适的喷嘴类型和合适喷嘴高度才有可能制备出副产物较少的碳包覆铝粉。最后讨论了CH4气体流量和炉内总压对碳包覆纳米铝粉制备的影响。     

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。     

球磨时间对Fe_2O_3/Al纳米复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了Fe2O3/Al纳米复合粉末,并利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)以及热分析仪(TGA/DSC)等分析测试手段,系统研究了球磨时间对复合粉末相结构、组织形貌以及热性能的影响。结果表明,随着球磨时间的增加,微米Fe2O3团聚体逐渐进入Al颗粒中,呈均匀弥散分布,且Al晶粒尺寸不断细化。当球磨时间为20 h时,Al粉已均匀分布到微米Fe2O3颗粒表面,球磨引起的晶粒长大与晶粒尺寸减小处于动态平衡,此时铝热反应热焓达到最高。球磨时间大于20 h时,所制备得到的复合粉末热焓反而降低,且易团聚。     

二元包覆的AP吸湿性及热分解性能研究

AP易吸潮结块而影响其使用性能,需对其进行疏水处理,降低其吸湿性。采用氧化石墨烯( GO)对AP进行一元包覆制备出AP/GO复合物,用氟硅烷( FAS：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷)对AP进行二元包覆制备出AP/GO/FAS复合物。吸湿率测试结果表明,在20℃、相对湿度为85%的条件下,AP粒径越大,吸湿率越小。对AP进行二元包覆后的复合物吸湿率均小于纯AP和一元包覆后的AP复合物的吸湿率,且GO质量分数为0.4%,FAS质量分数为1%时,二元包覆AP后的复合物的吸湿率最小。通过热分析测试结果可知,GO质量分数为0.4%、FAS质量分数为1%的AP/GO/FAS复合物的高温放热分解峰比纯AP提前了约32.9℃。     

纳米CuO的制备及与高氯酸铵复合方式对其热分解的影响

用室温固相反应法制备了纳米CuO,用XRD表征了其物相,用TEM观察了其形貌,比较了煅烧对产品粒径和分散性的影响。用干法研磨、湿法研磨、溶剂-非溶剂法、喷雾干燥溶剂-非溶剂法4种复合方法制备了CuO/AP复合粒子,用TG-DSC测定了复合粒子热分解温度、分解速率和表观分解热,用SEM观察了复合粒子的形貌。结果表明,煅烧后的CuO颗粒容易聚集;4种复合方法均能大幅降低AP的分解温度。其中,以喷雾干燥溶剂-非溶剂法最能充分利用CuO对AP的催化性能,与不加CuO相比,AP的低温分解放热峰温降低了42.7℃,高温分解放热峰温降低了113.1℃,表观分解热增加了110.9%。制备方法会影响CuO的分散性和AP粒子的形貌,进而影响AP的热分解过程。     

硼粉的包覆及含包覆硼推进剂燃烧残渣成分分析

采用多种包覆剂对硼粉颗粒表面进行包覆,利用透射电镜、酸度计研究各种包覆剂对包覆硼粉的影响,采用化学分析法对含包覆硼推进剂的燃烧残渣成分进行了分析。结果表明,经包覆剂包覆后,在硼粉的表面形成了一层包覆层;包覆后硼粉加水悬浊液体系的pH值明显增大,并适合于含硼富燃料推进剂的制药工艺;包覆后硼粉的燃烧效率明显提高。     

氧化铝壳层对纳米铝粉的热反应特性影响研究

利用气氛保护管式炉对纳米铝粉分别进行了245℃和450℃的热处理,得到2种不同氧化铝壳层厚度和晶态结构的纳米铝粉Al-245和Al-450。XRD和XPS测试结果表明,Al-245的氧化铝壳层比Al-450薄,且壳层中的γ-Al2O3、θ-Al2O3和ε-Al2O3强度较低。相应的HRTEM表明,Al-245和Al-450都存在明显壳层,且Al-450有2个壳层。在TG-DSC中,氧化铝壳层较薄的Al-245的DSC起始反应温度和峰温分别为554.0℃和559.3℃,均低于Al-450的相应温度559.3℃和586.1℃,反应区间更窄,(Tp-Ton)仅为5.3℃,且初始氧化放热量4 652 J/g也远高于Al-450的1 681 J/g。在500～660℃间,Al-245增重21.3%,高于Al-450的10.1%,且Al-245的氧化速率0.38 mg/s也明显高于Al-450的0.033 mg/s。     

填料对推进剂用RTV-2硅橡胶包覆材料性能的影响

研究了气相法白炭黑、中空玻璃微球、绢云母等几类填料对包覆层用RTV-2硅橡胶力学性能、工艺性能及烧蚀性能的影响。结果表明,气相法白炭黑的补强效果最佳,绢云母和中空玻璃微球类填料对拉伸强度虽然有3~4倍的提高,但仍达不到白炭黑的补强效果,不能满足包覆层需求。胶料粘度随着填料加入量增大而升高,由于对粘度有严重影响,白炭黑必须进行表面处理后才能使用,而其余几类填料的影响则不是很大,可直接添加。这些填料都能在一定程度上提高材料耐烧蚀性,且差别不大。制备的RTV-2硅橡胶包覆层材料的质量烧蚀率和线性烧蚀率均小于0.050 g/s和0.050 mm/s,相对于某丁羟包覆层,分别减小了60%和80%以上,满足了某固体推进剂包覆层的技术要求。     

高温抗氧化铱涂层复合制备技术展望

金属铱具有高熔点及低氧渗透率,是理想的氧气扩散屏障材料,为重要的高温抗氧化防护涂层材料之一,在航空航天领域具有广阔的应用前景。综述了目前较常采用的几种铱涂层制备技术的特点,在对比现有铱涂层制备方法的基础上,提出了原子层沉积/化学气相沉积复合制备技术。分析了该复合制备技术在铱涂层制备方面的优势,并指出发展原子层沉积/化学气相沉积复合制备技术尚需解决的几个关键问题。     

Fe2O3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。