碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能研究

为解决传统溶胶制备的碳纤维增强莫来石复合材料致密化效率低、制备周期长、性能不理想等缺陷,以碳纤维布叠层缝合预制件为增强体,以符合莫来石化学计量比的Al2O3-SiO2溶胶为原料,通过浸渍-干燥-热处理技术路线制备C/Mullite复合材料。研究了Al2O3-SiO2溶胶的烧结收缩与莫来石化行为,对复合材料工艺进行了初步优化,表征了氧乙炔焰烧蚀性能。所用Al2O3-SiO2溶胶的固含量30.7%,陶瓷产率18.3%,经1 300℃热处理后,莫来石化基本完成,且表现出明显的烧结收缩。形成了能避免碳纤维布分层开裂的复合工艺路线。获得了四点弯曲强度和断裂韧性分别为210.6 MPa,11.2 MPa·m1/2的C/Mullite复合材料。在氧乙炔焰烧蚀中,莫来石基体分解生成Al2O3和SiO2,在热流和机械冲刷作用下,大量SiO2流失,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.049g/s,0.12mm/s。     

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。     

微米级Co/SiO_2复合颗粒性能研究

为避免Co颗粒高温氧化及团聚等问题,用Stober方法在微米Co颗粒表面包覆SiO_2壳层、制备了Co/SiO_2复合颗粒。用扫描电子显微镜、能谱仪对复合颗粒的组分结构进行表征,并用热重量分析法和矢量网络分析法评价了其高温氧化行为和电磁性能。分析表明:所制备的SiO_2壳层均匀致密,厚度随包覆次数的增加而变大;SiO_2壳层的存在抑制了Co颗粒的氧化,经7次包覆制备的复合颗粒其初始氧化温度达800℃。SiO_2壳层达到一定厚度时可有效抑制团聚造成的涡流效应。用Co/SiO_2颗粒、厚度2.89 mm的涂层在14 GHz可实现-15dB的吸收。研究为高温电磁吸波材料的研制提出了新的思路和方法。     

高活性铝粉的改性及在化学推进剂中 燃烧团聚研究进展

通过添加金属粉来提高化学火箭推进剂的能量性能已成为一种通用方法,但在实际应用中存在一系列利弊的两方面问题。研究了不同类型铝粉的活化和活性铝粉(包括球形μAl、包覆n Al、化学活化和机械活化铝粉)的特性,考察了其对推进剂燃烧性能的改善和聚集/团聚机理,并提出了提高铝粉燃烧效能的方法途径。结果表明,纳米铝粉不仅可显著提高推进剂的燃速,还可使推进剂的凝相燃烧产物(CCP)明显减少,从而减少两相流损失;活化Al尽管会降低Is,但其活性Al含量所产生的理论Is比n Al的高,尤其是机械活化铝粉。由于不同活化铝粉具有各自的优缺点,建议同时搭配使用两种不同类型的活化铝粉,以弥补单一铝粉的缺点。     

C/C复合材料SiC/mullite-Si-Al_2O_3复合涂层微观结构及防氧化性能研究

采用原位生成法在C/C复合材料SiC内涂层表面制备了mullite(莫来石)-Si-Al2 O3抗氧化涂层.采用XRD、SEM分析了涂层的物相组成和微观结构,并测试了SiC/mullite-Si-Al2 O3复合涂层的抗氧化性能.结果表明,外涂层主要由mullite、Si和Al2O3三相组成;涂层致密无裂纹;SiC/mullite-Si-Al2 O3复合涂层在1500℃静态空气中等温氧化75 h后,试样失重仅为4.6%,防氧化性能明显优于单一的SiC内涂层.     

Al/PMF(氟化石墨)复合粉末的制备与热性能

为改善微米Al粉的活性,通过湿磨、干磨两步球磨法,将低含量的氟化石墨(PMF)掺杂到铝粉中,制备了Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种成分的复合粉末,并利用激光粒度分析仪、XRD、SEM/EDX、TG/DTA和氧弹量热仪等测试手段,对复合粉末的粒径分布、物相、形貌、热性能及燃烧焓进行表征。结果发现,Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种复合粉末均呈现等轴状。随着PMF含量的增加,复合粉末的平均粒径从20.6μm减小到13.7μm,且粒径分布范围变窄。球磨制备的Al/PMF 95%/5%和90%/10%复合粉末的燃烧焓分别为22.26 k J/g和21.51 k J/g,略低于物理混合。TG/DTA结果显示,相对于纯Al粉,Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种复合粉末均表现出明显增强的热反应活性,且反应开始温度提前。此外,还对Al/PMF 90%/10%复合粉末详细的氧化过程及氧化产物防团聚机理进行了研究。     

纳米可燃剂对HMX的热分解性能及热分解动力学参数的影响

以二甲基亚砜为溶剂,利用超声辅助喷雾重结晶原理制备了含有不同比例的纳米Al、Si可燃剂的HMX混合粒子;用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对制备的复合粒子进行性能表征;重点研究了基于Kissinger法下所得含不同比例纳米可燃剂的混合粒子热分解性能。结果表明,与未加纳米可燃剂的HMX相比,加入质量分数为20%的纳米Al可燃剂细化的HMX的活化能Ea、活化熵ΔS、活化焓ΔH,活化自由能ΔG分别降低了26.07、19.23、26.09、11.75 k J/mol,随着纳米可燃剂含量的增加,催化效果越来越明显而且相同比例的纳米Al可燃剂比纳米Si可燃剂催化效果更好。也就是说,纳米可燃剂能够提高高温下HMX的反应速率,对HMX的热分解有明显的催化作用。     

铝粉燃料与水反应的研究进展

Al/H2O反应具有高能量密度,可用于水下推进和太空发动机中。对水反应Al粉燃料的制备和Al/H2O燃烧反应的研究现状进行了综述。通过分析认为,Al的超细化和对其包覆处理能提高Al粉的抗氧化能力与水反应活性,可改善Al粉贮存性能及水反应的燃烧性能。阐述了Al粉点火、水反应燃烧机理及其影响因素,对Al/H2O反应进一步研究的重点及其应用前景进行了展望。     

两种十氢十硼酸金属盐的表面特性及在富燃料推进剂中的应用

基于硼氢盐化合物具有高燃速、高燃烧热值等优点,探索了两种十氢十硼酸金属盐化合物(BHM)在富燃料推进剂中应用前景。采用DCAT 21型动态接触角/表面张力仪测量了BHM、AP、Mg、团聚硼、HTPB的接触角,计算了固体组分与HTPB之间的粘合功W和铺展系数S,结果显示几种固体组分与HTPB粘合剂相互作用大小次序为AP/HTPBBH-2/HTPB团聚硼/HTPBMg/HTPBBH-1/HTPB,且SHTPB/BH-1较小,因为BH-1不能充分浸润于HTPB粘合剂,界面间产生排斥作用,导致含硼氢盐BH-1推进剂内部出现裂纹。还研究了含硼氢盐BH-2富燃料推进剂的流变性能、能量性能和燃烧性能。结果表明,用硼氢盐BH-2替代团聚硼粉,能降低推进剂药浆的表观粘度和屈服值,提高推进剂实测热值,其中,BH-2含量30%的B-2配方,推进剂药浆的屈服值为44.5 Pa,表观粘度为188 Pa·s,燃烧效率达到了93.2%。发现硼氢盐使推进剂燃速降低,且产生大量的燃烧残渣,这与燃烧产物中凝聚相碳(C)的大幅增加有关。依据硼氢盐分解和燃烧特点,认为其适应于燃料冲压发动机。     

固体推进剂用铝基复合材料的制备及性能

采用机械合金化法制备了一种新型铝基复合材料,并用X射线衍射、差示扫描量热和扫描电镜等技术对样品进行了表征,比较了铝基复合材料与铝粉在燃烧热、密度、耗氧量及对HTPB/AP推进剂能量贡献方面的差别,运用差示扫描量热法研究了铝基复合材料对氧化剂AP分解的催化作用。结果表明,铝基复合材料形态规整,其主要组成相为单质Al和MgH2,真密度为2.4763 g/cm3,耗氧量为0.890 8 g(O2)/g,实际燃烧热大于30 000 kJ/kg,燃烧效率达到94%,远高于同粒度的超细铝粉;用铝基复合材料代替丁羟推进剂中的铝粉后,推进剂的理论能量水平大大提高;铝基复合材料对AP的热分解有很好的催化作用。     

稀土化合物对硅橡胶包覆材料粘接性能影响的研究

研究了氧化镧、草酸铈和铬酸镧三种稀土化合物对双组分缩合型室温硫化(RTV)硅橡胶包覆材料粘接性能的影响。发现稀土化合物确实能提高硅橡胶与刷涂底漆的HMX—CMDB推进剂或Al—RDX—CMDB推进剂之间的粘接强度,并且硅橡胶与HMX—CMDB推进剂粘接的剪切破坏形式为硅橡胶本身的内聚破坏。     

HTPE与CL-20和HMX混合体系的热分解

利用差示扫描量热(DSC)法,得到端羟基聚醚(HTPE)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和HTPE/奥克托今(HMX)混合体系在不同升温速率(2.5、5.0、10.0、20.0℃/min)下的热分解曲线;用Kissinger公式和Ozawa公式,计算了HTPE/CL-20和HTPE/HMX体系热分解的表观活化能。结果表明,HTPE/CL-20混合体系表观活化能分别为132.11、130.60 k J/mol;HTPE/HMX混合体系表观活化能分别为193.80、198.57 k J/mol。对于同一体系,2种公式计算的结果基本一致。与单组分(CL-20或HMX)相比,HTPE/CL-20和HTPE/HMX体系的表观活化能分别降低了28.3~29.8 k J/mol和80.2~85.0 k J/mol。HTPE均降低了2种高能组分(CL-20和HMX)的分解放热峰温度,CL-20和HMX的分解放热峰峰温降低了36.0℃和17.3℃。HTPE/CL-20体系分解放热量减少了354.5 J/g,而HTPE/HMX体系分解放热量不变。     

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。     

RDX/硬脂酸铅复合粒子的制备及其性能表征

为改善RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和安全性能,以硬脂酸铅为包覆剂,采用化学沉淀法对RDX填料进行了表面包覆,制备了RDX/硬脂酸铅复合粒子。用SEM、XPS对包覆效果进行了表征;对包覆前后样品的机械感度进行了测试和对比;采用DSC对分别由包覆前后RDX制成的推进剂进行了热分解催化性能测试。结果表明,经过硬脂酸铅包覆,RDX的机械感度得到明显降低,撞击感度特性落高(H50)升高了17.6 cm,摩擦爆炸概率(P)降低了60%。与加有纯RDX的推进剂样品相比,添加RDX/硬脂酸铅复合粒子推进剂样品的硝化棉/硝化甘油放热峰峰温降低了约3.7℃,总放热量也得到了提高。     

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。     

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。     

烧结温度对C/C-ZrC-SiC复合材料性能的影响

以葡萄糖作为碳源,硅溶胶作为硅源,氧氯化锆作为锆源,采用水热共沉积-碳热还原法制备了C/C-ZrC-SiC复合材料,研究了材料的烧结温度对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、力学性能和耐烧蚀性能的影响。结果表明,烧结温度对水热共沉积制备C/C-ZrC-SiC复合材料的性能影响显著。水热共沉积制备的C/C-ZrO_2-SiO_2陶瓷在1600℃下烧结,可获得C/C-ZrC-SiC复合材料,ZrC和SiC陶瓷相颗粒粒径约为500 nm,在基体中均匀分布。1600℃烧结的C/C-ZrC-SiC复合材料表现出最佳的力学性能和抗烧蚀性能,其最大弯曲强度为173.8 MPa,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.28×10~(-4)g/(cm~2·s)和1.67μm/s。过高的烧结温度导致晶粒粗大、孔隙缺陷增多,使得复合材料力学性能恶化、抗烧蚀性能大幅降低。     

超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的影响

为了考察超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的催化效果,采用超声分散复合法制备了铝热剂Al/PbO、Al/CuO和Al/Bi2O3,利用螺压工艺制备了含超级铝热剂的推进剂样品,研究了超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明,超级铝热剂对双基推进剂的燃烧具有良好的催化作用,能显著提高双基推进剂的燃速,但对推进剂压力指数的改善并不明显;纳米级超级铝热剂的改善效果明显优于微米级超级铝热剂;超级铝热剂对双基推进剂催化作用的大小顺序为Al/PbO>Al/Bi2O3>Al/CuO。     

纳米CuO/AP复合粒子的制备及催化性能研究

采用溶剂-非溶剂法制备出了以纳米CuO为核、AP为壳的CuO／AP复合粒子。TEM、KRD及从的测试结果表明。复合粒子中只有CuO和AP存在,且AP包覆于CuO的外表,而DSC对复合粒子催化性能的测试结果表明。纳米CuO／AP复合粒子中AP的高温分解峰温度下降到101℃,较CuO-AP的简单混合物提前了5．64℃,而且复合粒子中AP的低温分解峰消失,在完成由斜方晶系向立方晶系的晶型转变后,便直接进入了高温分解,这为改善推进剂燃速提供了一条可行途径。     

C/Al2O3型多功能炭/陶复合材料研究

为满足喷管内型面耐烧蚀及背壁绝热的要求,以整体炭毡、炭纤维多维编织件等为预制体,先进行炭素沉积与石墨化,再用Al2O3型高温无机胶进行真空-压力浸渍、烧结,制得C/Al2O3功能型复合材料.对增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度、无机胶液配方改进、提高烧结温度以及用沥青浸渍HIP等方面进行了研究.所获得的复合材料外表面导热系数λ＝0.902W/(m.K)(800℃),内表面线烧蚀率为0.018mm/s,电镜照片显示C/Al2O3的界面结合良好.