Surface Morphology and Evolution Mechanism of Carbon Fiber/Phenolic Resin Composites on Atomic Oxygen Irradiation

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜( SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为.结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和.究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合“掏蚀”模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—0—C＝0和—C =0基团.     

原子氧辐照碳/酚醛复合材料的表面形貌及其演变机理研究

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为。结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和。究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合"掏蚀"模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—O—CO和—CO基团。     

原子氧对Kapton／Al薄膜性能影响研究

模拟空间环境下原子氧辐照条件,通过采用固定的原子氧束流密度进行不同时间辐照试验,研究了温控涂层材料Kapton/Al薄膜的质量损失、光学性能、表面形貌和表面粗糙度的演化规律.试验结果表明,原子氧对材料的剥蚀量与原子氧的作用时间成正比例关系.材料辐照后太阳吸收率发生明显变化,而辐射率几乎不发生变化.辐照后试样表面的粗糙度,是影响太阳吸收率变化主要因素.随着辐照时间的增长,材料表面粗糙度增加,导致太阳吸收率增大.     

电弧加热器驻点烧蚀/侵蚀试验技术

介绍了在电弧加热器试验设备上进行复合材料烧蚀/侵蚀试验技术,通过改进电弧加热试验设备和粒子播发系统,将石墨粒子均匀注入到高压混合室中,与高温空气混合后经过超声速粒子加速喷管形成烧蚀/侵蚀试验流场,对驻点模型进行试验,同时建立了相应流场参数的测试、计算方法。并对C/C和含钨C/C防热复合材料的抗粒子侵蚀性能进行了初步研究。结果显示有粒子流场的均匀性和重复性较好,能满足材料的烧蚀/侵蚀考核试验要求,且含钨C/C材料的抗粒子侵蚀性能高于C/C材料。     

模拟原子氧环境下聚酰亚胺材料的侵蚀研究(英文)

用热阴极灯丝放电产生的氧等离子体来研究聚酰亚胺材料在原子氧环境下的侵蚀过程,通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对试样的质量损失、表面形貌和表面成分进行了表征。结果表明:当聚酰亚胺材料暴露在原子氧环境中,原子氧首先在试样表面产生物理吸附,然后与试样表面基团发生选择性化学反应,生成挥发性有机化合物,试样质量损失呈线性增加,表面形成地毯状形貌。在原子氧暴露初期,原子氧主要与芳环上特定位置的C反应,而后C=O基团的反应速度逐渐加快。原子氧暴露后,O元素含量增加,C、N元素含量减少。与C、O元素相比,含N基团与原子氧的反应速度较慢。     

溶胶-凝胶法制备Zr-C/ C 复合材料及其烧蚀性能

研究了一种在C/C复合材料中掺杂难熔金属化合物的新方法:溶胶-凝胶法。利用醋酸锆溶胶对密度为1.39和1.59 g/cm3的C/C复合材料进行浸渍,凝胶化后,再进行炭化处理,在C/C复合材料中引入了难熔金属化合物ZrC。经若干次处理后,两种C/C复合材料的密度最终分别达到1.88和1.86 g/cm3。利用电子背散射测试观察Zr在C/C复合材料中的分布,发现在C/C复合材料表面多次凝胶沉积形成一层Zr的涂层,而在材料的内部Zr的分布主要依赖于材料本身孔洞的分布以及纤维束间的孔隙。对电弧烧蚀后的Zr-C/C复合材料进行表观形貌观察,发现在材料表面形成均匀的ZrO2膜,将基体与氧气隔绝,从而减缓材料的烧蚀速率。     

原子氧对碳纤维增强氰酸酯复合材料的侵蚀及机理研究

针对碳纤维增强氰酸酯复合材料(CFCE)开展原子氧暴露试验及反应产物原位测量的散射试验,并进行暴露前后的质量损失、SEM及XPS试验。结果表明,该材料的受原子氧腐蚀率为(2.20±0.36)×10~(-24)cm~3/atoms。受原子氧腐蚀后,样品表面C元素相对原子浓度增加,O元素基本不变;表面的树脂脱落,碳纤维暴露在原子氧环境中,表面出现蚀坑,且数量及形状逐渐变大,蚀坑相连,最终沿纤维方向形成一条沟壑。高能氧原子与复合材料发生反应,生成产物CO、CO_2、H_2O、OH和CH_3。     

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。     

原子氧环境对硅凝胶材料的侵蚀效应研究

简述了DC93-500和GN511硅凝胶材料原子氧环境试验过程,分析和考察了DC93-500和GN511硅凝胶材料在原子氧环境作用下的侵蚀效应,探索了原子氧环境对硅凝胶材料的作用机理.结果表明在原子氧环境作用下,DC93-500和GN511硅凝胶材料样品的可见光透射率明显下降;样品表面被氧化并出现龟裂裂纹和凸起的小岛;随着原子氧作用累积通量的进一步增加,样品表面会由于小岛被剥落而发生质损现象;相对于GN511而言,DC93-500硅凝胶材料在原子氧环境下的结构和性质较为稳定.     

真空电子辐照对碳纤维/ 氰酸酯复合材料的影响

利用空间带电粒子模拟设备模拟真空电子辐照环境,研究真空电子辐照条件下碳纤维/氰酸酯复合材料层间剪切强度和质量损失率变化规律,并利用XPS和SEM对辐照前后复合材料表面性质和断口形貌进行分析和表征。结果表明:150 keV真空电子辐照作用对碳纤维/氰酸酯复合材料表面影响较大,随着真空电子辐照注量增加复合材料质量损失率先快速增加后趋于平缓,而层间剪切强度先增加后略有降低。     

Influences of pulse frequency on formation and properties of composite anodic oxide films on Ti-10V-2Fe-3Al alloy

A thick composite anodic oxide film was fabricated in an environmentally friendly malic acid electrolyte containing PolyTetraFluoroEthylene (PTFE) nanoparticles on Ti-10V-2Fe-3Al alloys. The influence of pulse frequency on the morphology, microstructure and composition of composite anodic oxide films containing PTFE nanoparticles was investigated using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) equipped with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Raman spectroscopy. The tribological properties in terms of the friction coefficient, wear loss and morphology of worn surfaces were measured by ball-on-disc tests. The electrochemical property was evaluated by potentiodynamic polarization. The results indicated that the titanium dioxide of composite anodic oxide films transformed from anatase to rutile with the change of pulse frequency, which could result from the electrochemical dynamic equilibrium. The combination of PTFE nanoparticles and malic acid electrolyte molecules can influence the energy fluctuation of electrochemical equilibrium and formation of composite anodic oxide films. Moreover, composite anodic oxide films fabricated under the condition of 1.0–2.0 Hz exhibited the best wear resistance and corrosion property. The schematic diagram of the film formation and PTFE nanoparticles spreading process under different frequencies was elucidated.     

Ni含量对CuNiAl合金导电率及摩擦性能的影响

采用熔铸法制备CuNiAl合金,Cu含量为95wt%,Ni/Al原子比分别为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1的CuNiAl合金。利用涡流电导仪和磨损试验机测量了不同状态合金的导电率。研究发现:CuNiAl合金随着Ni含量的逐渐增加,导电率减小,合金的黏着磨损减弱,磨粒磨损现象明显增加。     

IBAD法沉积TiN薄膜的机械和耐腐性

用离子束辅助沉积(IBAD)方法在医用不锈钢317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜。通过X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的微结构；测试了薄膜的耐磨性及薄膜与基底的附着力：运用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能。研究结果表明：用高、低能氮离子束兼用的IBAD方法沉积TiN多晶薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变。表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力。     

MB26镁合金微弧氧化陶瓷膜层性能

文摘利用扫描电镜、表面性能测试仪和电化学测试技术等研究了在铝酸盐电解液中,不同电流密度和氧化时间对MB26镁合金微弧氧化膜的表面形貌、厚度、结合力以及耐蚀性等性能的影响。结果表明:随氧化时间和电流密度的增加,MB26镁合金微弧氧化膜层中的微孔数量减少,但孔变深。膜层厚度随氧化时间和电流密度的增加而线性增加,但与基体的结合力随之降低。氧化膜的耐蚀性随氧化时间和电流密度的增加呈先增加而后减小的趋势,该合金在铝酸盐体系中微弧氧化的最佳工艺为电流密度0.2 A/cm2,氧化时间40 m in。     

2198和5A90铝锂合金脉冲阳极氧化膜制备及耐蚀性

在18%(质量分数,下同)H_2SO_4+5%C_2H_2O_4水溶液中,采用脉冲(PC)电流对2198和5A90两种铝锂合金进行阳极氧化处理。用扫描电子显微镜(SEM)观察铝锂合金阳极氧化膜表面和截面形貌;用能谱仪(EDS)对其成分进行面扫描和线扫描;用动电位极曲线检测氧化膜在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性。结果表明:2198和5A90铝锂合金阳极氧化膜主要由Al的氧化物组成;2198合金氧化膜表面存在细小颗粒,厚度约为150μm;5A90合金氧化膜表面存在微孔,为后续封孔处理提供结构条件,厚度约为180μm;用脉冲方法在两种铝锂合金表面生成的较厚阳极氧化膜具有较高的耐蚀性。     

Ground-based Investigations of Atomic Oxygen Erosion Behaviors of Silver and Ion-implanted Silver

Silver foils and ion-implanted silver foils exposed to atomic oxygen (AO) generated in a ground simulation facility were investi-gated by the quartz crystal microbalance (QCM), the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The experimental results show the presence of Ag2O and AgO in an oxidation process of the silver foil having exposure to AO. As soon as silver comes under the bombardment of atomic oxygen, the oxidation process starts with a thick film forming on the silver surface. Because of the development of stresses, the oxide layer gets cracked and spalled, which leads to appearance of a new silver surface intensifying further oxidation. At last, AgO begins to form on the outer surface of the oxide film. The analytical results of the XPS and the AES attest to formation of a continuous high-quality protective oxide-based layer on the surface of ion-implanted silver films after exposure to AO. This layer can well protect materials in question from erosion.     

微量Al 掺杂对2D C/ SiC 性能的影响

以二维编织碳纤维碳布为预制体,采用聚铝碳硅烷(PACS)为聚合物前驱体,应用化学气相渗透(CVI)结合聚合物浸渗-裂解(PIP)工艺制备微量Al掺杂2D C/SiC复合材料。研究微量Al掺杂对C/SiC微观结构、力学、热膨胀和氧-乙炔焰烧蚀性能的影响。结果表明:掺杂微量Al未改变C/SiC的微观结构和热膨胀性能,也未降低其韧性和强度;但微量Al掺杂提高了C/SiC的抗烧蚀性能,含微量Al的SiC氧化形成微量Al熔于SiO2的固熔体,微量Al提高了SiO2的黏度和致密度,减小SiO2挥发,较未掺杂Al的C/SiC相比,线烧蚀率降低了26%。     

铝合金搅拌摩擦焊表面冷喷涂层的结构与耐蚀性

采用冷喷涂技术在2219铝合金搅拌摩擦焊接头上制备Al涂层,以提高搅拌摩擦焊接头耐蚀性。通过数字显微镜、扫描电镜、电化学工作站对Al涂层的结构及耐蚀性进行表征。结果表明:冷喷Al涂层质量良好,孔隙率仅为0.77%,涂层内部存在等轴晶、细化晶粒以及拉长晶粒,涂层界面以机械咬合为主,涂层/接头区界面质量明显优于涂层/母材区界面;电化学数据显示,涂层腐蚀敏感性较低,自腐蚀电位和腐蚀电流密度均低于热影响区,冷喷涂层降低了搅拌摩擦焊接头的腐蚀敏感性;晶间腐蚀实验表明,腐蚀6 h后,涂层最大腐蚀深度仅为热影响区最大腐蚀深度的50%,证明冷喷涂技术显著改善了搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

Effects of Atomic Oxygen Irradiation on Transparent Conductive Oxide Thin Films

作为一种功能薄膜,透明导电氧化物(TCO)薄膜在飞行器的抗原子氧(AO)涂层和太阳能电池领域有着巨大的应用价值。ZnO:Al(ZAO)和In2O3:Sn(ITO)薄膜是目前研究和应用最广泛的TCO。本文对ITO薄膜和ZAO薄膜进行了不同通量的AO辐照。通过对辐照前后样品的X射线衍射、扫描电镜及霍耳效应的表征及测试,研究了AO辐照对这两种TCO薄膜的结构、性能及电学特性的影响。研究表明AO辐照对ZAO薄膜表面有明显的侵蚀作用,但对其结构和导电性能没有明显影响。对于ITO薄膜,随着AO通量的增大,其载流子浓度逐渐下降从而导致了电阻率的提高,电阻率的最大变化达到了21.7%。