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     

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。     

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     

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。     

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。     

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     

适用于长时间烧蚀防热的蜂窝增强低密度材料

针对长时间烧蚀防热对防热材料的需求,研制了两种蜂窝增强低密度烧蚀防热材料,采用电弧风
洞加热设备对其防热性能进行了考核,并对其力学及热物理性能进行了研究。结果表明,在两种长时间(1 000
s 左右)热环境的考核下,蜂窝增强低密度材料烧蚀后背面温度均低于200℃,表面碳层均匀、完整,无明显烧蚀
量,显示了优异的隔热性能和良好的抗气流冲刷能力。     

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。     

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     

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     

树脂基复合材料长时间烧蚀防热的应用研究

介绍了不同再入飞行器热防护材料的特点，指出长时间飞行器对防热层的要求。通过纤维织物改性和树脂基体改性研制了新型防隔热材料，并进行了性能测试和研究。结果表明：新型改性纤维／酚醛复合材料比传统的树脂基防热材料具有更好的隔热性能和抗烧蚀剥蚀性能，能够满足中低焓值、较低热流、烧蚀时间较长（300～700s）防热部件的防隔热要求。     

空间探测烧蚀防热材料应用及趋势

综述了国内外空间探测器烧蚀防热材料的种类及其应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强烧蚀防热材料、PICA及PICA-X以及高密度碳酚醛材料等,国内则主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强烧蚀防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术。总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。同时介绍了我国针对防热材料抵御异常损伤开展的部分工作。最后对空间探测防热材料的应用与发展做出了展望。     

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。     

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     

轻质烧蚀防热材料结构组成对烧蚀形貌的影响

采用石英灯烧蚀试验对研制的一种轻质烧蚀防热材料在不同防热结构下的烧蚀形貌和隔热性能进行了研究。结果表明:不同的防热结构形式,轻质烧蚀防热材料的烧蚀形貌不同,防热结构的纵向温度梯度和面内温度梯度均影响轻质防热材料的烧蚀形貌,温度梯度越小,热量在材料表面积聚越严重,因此表面碳化特征越明显。在不同材料的面内组合状态下,轻质烧蚀防热材料可实现与较高密度材料的匹配烧蚀,说明其烧蚀防热效率较高。在防热结构设计时,可综合考虑其面密度和烧蚀形貌,合理利用防热结构组成,实现高效防隔热和轻量化设计。     

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。      

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。     

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。     

碳化制度及催化剂对三向碳—碳材料基体碳某些性能影响的初步研究

前言三向增强碳-碳复合材料是一种有着抗烧蚀,机械性能、物理性能好等很多优良特性的高级导弹再入端头材料。在三向增强碳-碳复合材料的研究中,普遍的问题是线烧蚀率大、强度低、断裂应变值小、工艺效率低、周期长。表现在复合物的微观结构上就     

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。