碳纳米管及连续碳纤维增强复合材料研究进展

文章综述了近年来碳纳米管及连续碳纤维增强复合材料在工程应用、材料体系、表面改性等方面的研究进展,并对碳纳米管和连续碳纤维共同增强复合材料在航天工程领域的应用进行了展望。     

含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金的界面微观分析

采用几种钎料对碳纤维复合材料与钛合金进行真空钎焊,重点探讨了含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金连接界面的微观组织。研究表明,含Ti钎料润湿连接碳纤维复合材料与钛合金TC4的过程可分为五个阶段:钎料与母材的物理接触以及钎料的熔化;原子的扩散;反应层的生成;反应层沉积变厚,润湿复合材料;形成接头。研究结果对于碳纤维复合材料与钛合金的连接及在重要航天器中的应用具有重要参考价值。     

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。     

模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料性能的影响(英文)

采用普通液压机和新型高效的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料.研究了模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响趋势,并探讨了复合材料的体积密度与抗压强度之间的相互关系.结果表明,增大模压压力,沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度随之明显增加;继续增大模压压力,体积密度仍然呈上升趋势,但抗压强度却突然下降;沥青基炭复合材料的体积密度越高,其抗压强度未必也就越大.     

压力对天然气为前驱体制备C/C复合材料的影响

研究了以天然气为前驱体制备C/C复合材料时,前驱体压力对致密化速率及热解炭显微结构的影响.通过偏光显微镜测量单根炭纤维上所沉积的热解炭厚度,并观测不同区域的热解炭显微结构.实验结果表明,在沉积温度为1 100 ℃时,当前驱体压力从1 kPa提高到10 kPa时,C/C复合材料的密度从1.10 g/cm3增加到1.52 g/cm3,密度梯度减小,同时热解炭的结构出现SL到RL的转变.     

用于共注射RTM工艺的环氧树脂和酚醛树脂的工艺特性

研究了用于共注射RTM工艺制备承载/隔热/防热一体化复合材料的酚醛树脂和环氧树脂的工艺特性.以苯并噁嗪为防热层的酚醛树脂基体,研究得到了满足共注射工艺条件的环氧树脂体系并确定了共注射的工艺窗口.研究结果表明,以E-44为基体树脂、以GA327改性芳胺为固化剂所构成的环氧树脂体系可作为承载层的基体树脂和苯并噁嗪树脂进行共注射,其共注射的工艺窗口温度为85～90 ℃,在此温度范围内,环氧树脂体系和低粘度保持时间大于20 min,满足了共注射RTM成型一体化复合材料的基本工艺要求.     

纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形

研究了各向同性材料内胆对称缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的变形和应力.采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,利用解析方法获得了纤维层和内胆的变形和应力,以及纤维方向的应力;对壁厚较厚和不同缠绕角,更准确地揭示纤维向应力和内胆应力.比较了分别用玻璃纤维环氧和炭纤维环氧缠绕铝内胆和钢内胆的容器在内压作用下,不同缠绕角方案中内胆和纤维向应力分布.研究表明,壁厚对不同缠绕角容器的应力和变形影响不同,总体影响较小;从降低内胆的等效应力和充分发挥纤维纵向强度角度看,炭纤维缠绕铝筒最好;横向强度和剪切强度是缠绕复合材料容器的主要控制参数,缠绕工艺需要提高这些指标以充分发挥纤维纵向强度.     

航天器复合材料结构的渐进损伤分析

复合材料结构渐进损伤分析是获取复合材料结构极限承载能力、实现基于可靠性的结构定量设计、评估长寿命航天器损伤容限和耐久性的有效方法。文章介绍了复合材料渐进损伤分析的基本原理与方法、用于分层分析的内聚力模型及相应的强度判据和断裂判据,通过典型的用于表征损伤容限的开孔压缩算例,实现了复合材料层内失效和层间分层失效的渐进损伤分析,分析得到的破坏形貌和极限承载能力与试验值吻合良好。     

循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能

针对CCF300/5428复合材料在循环湿热环境下的吸湿-脱湿行为和层间剪切性能进行了研究,并结合扫描电镜观察了循环湿热处理的不同阶段纤维/基体界面结合状态.研究结果表明:经过反复吸湿后,水分的初始扩散速率和饱和吸湿率增加;脱湿后水对复合材料层间剪切性能的影响大部分可以消除;复合材料吸湿后室温环境下性能下降较少,但在高温高湿环境下,复合材料的性能会显著降低.     

移动电子设备相变热控单元热性能的数值仿真

采用相变材料(PCM,Phase Change Material)的热控制单元(TCU,Thermal Control Unit)可以很好地实现对可移动电子设备的热控制,避免设备过热而引起的热故障.建立了分析TCU热性能的二维数学模型,并进行了数值计算.结果表明:加肋和填充泡沫-PCM复合材料的设计方案可以显著提高TCU热性能,能很好地满足电子元件的工作要求.此外,还对加肋和填充泡沫-PCM提高TCU性能的效果进行了比较,结果表明:填充泡沫-PCM复合材料的方案更具优势.所得结论对移动电子设备TCU的设计和优化有一定的指导作用.