纤维增韧陶瓷基复合材料热端部件的热分析方法现状和展望

以陶瓷基复合材料（CMC）为代表的纤维增韧复合材料具有耐高温、高强度、低密度等特点,在航空燃气涡轮发动机、火箭发动机等动力装置中逐步得到工程应用。CMC材料因其自身特殊的结构特点,使得其导热系数呈现出明显的各向异性,进而导致传统基于均质金属材料的热分析方法将不再适用于CMC热端部件。总结了单向纤维、2/2.5维编织纤维、3维编织纤维等典型纤维增韧CMC材料导热系数预测方法的研究进展和CMC热端部件热分析方法的研究现状。综合来看,如何在热分析中高效引入CMC材料微观尺度信息,建立起精度高且工程可应用的CMC热端部件跨尺度热分析方法是目前亟需突破的技术难题。面向未来CMC热端部件的工程应用,基于三维微观结构特征重构的热分析模型是建立CMC热端部件高精度热分析方法的关键,同时热分析还需要同制造工艺、力学行为分析等进一步紧密结合。     

推进剂药浆流变特性研究

采用HAAKE旋转粘度计研究了推进剂药浆的流变特性。结果表明:药浆在很低剪切速率下呈牛顿性;在一定剪切速率范围内为假塑性;药浆存在流动畸变。文中还介绍了药浆粘度、剪切速率指数、屈服值、触变性及时间、温度的影响规律。     

恢复吸湿丁羟推进剂试件性能的研究

阐述了环境湿度对高、中、低燃速丁羟推进剂试件力学性能和药条燃速测结果的影响及其规律；给出了恢复吸湿试件性能的处理方法。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V合金的热处理组织演变机理

激光选区熔化(SLM)Ti6Al4V成形构件需要通过热处理改善其塑性。为探究该过程中的组织特征和演变机理,研究了Ti6Al4V试样固溶时效热处理(910℃/8 h水冷,750℃/4 h炉冷)前后的微观形貌和力学性能。结果表明:沉积态的马氏体α′相尺寸具有层次结构;热处理相变时初生马氏体α′发生分解,小尺寸马氏体α′转变为β相,随后发生β→(α+β)转变,最后得到α相片层和精细(α+β)相结构均匀分布的组织;热处理后材料抗拉强度达1 055 MPa,延伸率提升至16.2%,均优于典型Ti6Al4V合金拉伸性能。采取的热处理技术对Ti6Al4V组织调控成效显著,满足后续工艺要求,可在激光选区熔化成形双相钛合金中推广应用。     

脱硫石膏基复合胶凝材料的物理力学性能试验

以β型脱硫石膏为基材,混掺水泥、粉煤灰和硅灰等胶凝材料,加入自制的专用改性外加剂,制备脱硫石膏基复合胶凝材料,测试分析原料组分、水胶比和养护方式对脱硫石膏基复合胶凝材料性能的影响,通过SEM和XRD测试手段探讨其强度形成及耐水机理。试验结果表明:水泥掺量为20%、粉煤灰掺量为25%和水胶比为0.7时的脱硫石膏基复合胶凝材料综合性能优良,其28 d抗压强度为12.1 MPa,吸水率为17.6%,软化系数为0.81;二水石膏晶体形成的第一支撑骨架和以钙矾石和C―S―H凝胶等形成的第二支撑骨架相互补充,提高了脱硫石膏基复合胶凝材料结构的致密性和耐水性。     

黑色色浆对氟树脂/铝红外涂层性能的影响

以铝、黑色色浆为填料,氟树脂为粘合剂,制备了氟树脂/铝红外涂层,研究了黑色色浆含量对氟树脂/铝红外涂层性能的影响。性能测试包括光泽度、色差、红外发射率、硬度、附着力、抗冲击性、粗糙度、光学测试、耐腐蚀性等。结果表明,在黑色色浆含量为1.0%时,整个氟树脂涂层的性能最优。当黑色色浆的含量由1.0%上升到9.0%,涂层表面光泽度不断下降,涂层ΔE值不断减小,涂层表面红外发射率逐渐升高,涂层的硬度都是6H,涂层的附着力等级为0级,红外光谱吸收峰逐渐增强。当黑色色浆含量为0%～3.0%,抗冲击性都超过50 kg·cm,抗冲击性较大。当黑色色浆含量为0%～5.0%时,涂层表面粗糙度比较低。当黑色色浆含量为1.0%时,涂层的耐腐蚀性能最佳。     

航空铆钉连接件的抗冲击性能

以分离式Hopkinson拉杆装置为基础,设计了特殊的铆接试验件,对MS20615铆钉的铆接结构开展了动态加载下不同加载角度、不同加载速率的力学性能试验。结合其准静态试验结果,获得了铆接结构在纯剪切、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯拉伸试验下的力学性能参数。试验结果表明,加载角度、加载速率对铆接结构的失效载荷与失效模式有显著的影响。在试验结果的基础上,使用有限元软件LS-Dyna建立了铆接结构的简化模型,对比了试验和数值模拟得到的铆接结构载荷-位移曲线,并对简化数值模型进行了网格相关性分析,验证了简化的铆钉单元模型的可行性。     

改性先驱体制备C/SiC复合材料性能研究

采用交联剂对聚碳硅烷(PCS)先驱体进行改性,以改性先驱体配置溶液制备了C/SiC复合材料。在制备过程中,由于改性先驱体较高的陶瓷产率,缩短了复合材料基体致密化周期,气孔率降低到7.2%,密度提升到2.01 g/m~3。在改善试样显微结构的同时,改性先驱体能够明显提升C/SiC复合材料力学性能,弯曲强度提高到459.4 MPa,断裂韧性提升到13.6MPa·m~(1/2),相比单组分PCS先驱体分别提高了51.9%和32.0%。烧蚀性能考核表明,试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为8.3×10~(-3) mm/s和4.3×10~(-3) g/s,相比单组分PCS制备的试样分别降低了85.7%和73.1%。通过对试样内部显微结构和考核后形貌进行分析,结果表明试样力学和烧蚀性能的提升主要得益于致密化的基体以及基体对纤维很好的保护作用。     

表面活性剂类型和用量对闭孔三聚氰胺泡沫的影响

研究吐温80和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)两种类型表面活性剂及SDBS用量对闭孔三聚氰胺泡沫的影响。用三聚氰胺、甲醛合成三聚氰胺树脂,并制备泡沫样品进行测试。树脂表面张力测试结果显示相同用量下,相比于吐温80,SDBS使树脂表面张力更小,且随着SDBS用量增加,树脂张力呈现先减小后不变的趋势。SEM、力学性能测试分析结果显示,表面活性剂用量为3%时,相比于吐温80,SDBS制得泡沫孔径小且均匀。随着SDBS用量增加,泡沫孔径减小,均匀度先提高后降低,泡壁膜撕裂严重。受泡沫结构影响,SDBS用量为3%时,泡沫的压缩性能最好。     

石墨烯/二氧化硅三维杂化材料的制备及其在改性酚醛泡沫中的应用

为了得到结构和力学性能良好的酚醛泡沫,利用原位生成的方法制备了石墨烯/二氧化硅(GNPs/SiO_2)杂化材料,并将其用于酚醛泡沫的制备当中。对杂化材料进行了红外光谱分析,透射电镜以及X射线衍射分析,验证了石墨烯表面SiO_2球体(粒径在150~180 nm)的存在。对泡沫的结构和压缩性能进行对比分析,发现三维杂化材料相比二维石墨烯能够更好的改善酚醛泡沫的泡孔结构,杂化材料为0.5wt%时,GNPs/SiO_2改性酚醛泡沫的泡孔尺寸更小,结构更均匀;同时杂化材料改性酚醛泡沫表现出更优异的力学性能,其压缩强度和弹性模量分别达到0.22和4.1 MPa,比纯酚醛泡沫分别提高了91%和86%。