射频辉光放电法沉积类金刚石碳膜

研究了碳氢气体通过射频辉光放电沉积类金刚石碳膜。研究了射频电压和沉积时间对膜厚和维氏显微硬度的影响。此外,还进行了微动磨损试验。本实验所用的碳氢气体为C_2H_2,基体材料为TC4钛合金(Ti-6％Al-4％V)和45钢(Fe-0.45％C)。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。     

多壁碳纳米管对C/E复合材料力学性能的影响

采用多壁碳纳米管(MWNTs)进行环氧树脂的改性,并制备了碳纤维热熔预浸料。研究了MWNTs的改性方法、规格、含量对树脂基体的流变特性和碳纤维复合材料力学性能的影响。结果表明:MWNTs的管径越小,改性树脂的黏度升高越明显,加入相容剂可降低工艺上的成型难度。MWNTs的长径比越大增韧效果越好,长径比较小时增强效果较好。C/E复合材料的0°、90°压缩强度、层剪强度、CAI着MWNT-NH_2(b)含量的提高呈现先增加后降低的趋势,当MWNT-NH_2(b)的含量为2%(质量分数)时,上述性能最优,0°、90°压缩模量则呈现逐渐增加的趋势。拔出与断裂、桥联效应、裂纹偏转效应是碳纳米管在C/E复合材料中的主要作用机制。     

高温真空绝热板的制备及性能研究

根据真空绝热原理提出一种可在高温环境下使用的新型高温真空绝热板(High-temperature vacuum insulation panel,HT-VIP)。在多孔碳化硅泡沫芯材表面包覆多层碳纤维布,通过化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)热解碳的方法对外壳碳纤维体进行增密,然后采用聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration and pyrolysis,PIP)工艺制备玻璃碳对材料进行致密化处理,最后采用低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)工艺沉积SiC涂层对材料进行封装,制备出一种具有耐高温、密度低、强度高、低导热以及抗热冲击的新型高温真空绝热复合材料。制备的致密碳纤维增强复合材料,材料内部为真空状态,材料密度为0.81g/cm3,抗压强度为8.75 MPa。当温度为100~900℃时,高温VIP有效热导热系数从0.20 W/mK逐渐增加到1.16 W/mK,比C/C和C/SiC复合材料低一个数量级。     

纤维混编CMC-SiC的残余热应力计算

将SiC纤维引入到C/PyC/SiC中,有望减少因C纤维与SiC基体热膨胀系数不匹配而导致的基体残余热应力。研究了C纤维和SiC纤维混编方式和混编比例对复合材料残余热应力的影响规律。采用有限元法建模、计算了纤维混编接触分布和相间分布复合材料的残余热应力,结果表明:(1)与C/PyC/SiC比,C纤维和SiC纤维混编增强SiC基复合材料可减少SiC基体的残余拉应力;(2)相同混编比例时,纤维混编接触分布((x C-y SiC)/PyC/SiC)复合材料的基体轴向残余应力比纤维混编相间分布((x C×y SiC)/PyC/SiC)复合材料基体的小;(3)以纤维混编接触分布为例,SiC基体的轴向残余应力随混编复合材料中SiC纤维的增加而减小,但当C纤维和SiC纤维的混编比例由1∶2变为1∶4时,基体的轴向残余热应力仅从174 MPa下降到170 MPa。     

泡沫钢的制备及三点弯曲性能

为了制备孔隙率较高、孔结构均匀、性能优良的泡沫钢板及夹芯复合板,以316L不锈钢粉为原料,Ca Cl2为造孔剂,采用粉末冶金烧结-溶解法制备不同孔隙率、孔径的泡沫钢,并用物理粘接法制备泡沫钢夹芯复合板。通过对泡沫钢板和夹芯复合板进行三点弯曲实验研究两者的抗弯曲性能。观察泡沫钢板的三点弯曲变形过程,分析孔隙率和孔径对泡沫钢板和夹芯复合板抗弯曲性能的影响,对比两者的极限抗弯载荷变化。结果表明:泡沫钢板的变形首先从薄壁不规则的孔壁开始,形成裂纹并进行扩展,最终导致宏观断裂;对于泡沫钢夹芯复合板,当孔隙率从69.4%增加至82.5%时,其所能承受的极限载荷从2345 N下降至1254 N,在相同孔隙率下,相比于泡沫钢板,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~43%;当孔径从1.9 mm增加至3.9 mm,孔隙率约为73%时,其所能承受的极限弯曲载荷从2070 N下降至1528 N,与泡沫钢板相比,相同孔径下,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~28%;在孔隙率和孔径相同条件下,泡沫钢夹芯复合板的抗弯承载能力比泡沫钢板提高15%以上。     

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。     

碳/碳复合材料刹车盘刹车性能研究

论述了碳/碳复合材料刹车盘的刹车特性。在不同的能量、刹车压力、使用环境条件下的全尺寸碳/碳复合材料刹车盘试验结果表明,碳/碳复合材料刹车盘刹车性能随刹车能量、刹车压力的提高,环境湿度的增大而衰减。碳刹车盘的静摩擦系数比钢刹车低得多(接近50％),随着刹车盘温度的升高,其静摩擦系数降低。     

基于非稳态间断刹车的刹车盘寿命计算

针对外场刹车盘使用寿命普遍短于试验预测值的问题,通过刹车摩擦系数曲线,以真实碳刹车使用统计规律为区间,拟合非稳态间断刹车的摩擦系数曲线,并运用动力学原理计算单次刹停和非稳态间断刹停的磨损行程,根据磨粒磨损计算公式得出2种刹车方式下的磨损比为1:1.899 7~1:2.036 3,与外场统计结果1:1.88~1:2.09相比,精度较高.计算中发现,在非稳态间断刹车过程中磨损工况变差是造成外场磨损加剧的主要原因,验证了连续刹车过程中形成的摩擦膜对减小磨损的重要作用.研究成果对于刹车寿命试验的改进和不同材料刹车盘外场寿命预测提供了一种理论计算的方法.      

纤维表面处理对碳纤维复合材料剪切性能影响

采用活性涂层，刚性涂层，柔性涂层分别对HTA－P30碳纤维进行表面处理，研究了不同涂层对HTA－P30／AE4环氧NOL环复合材料剪切强度的影响，试验结果表明，活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能，而且涂层浓度对性能的影响非常敏感，当浓度为1％－2％时，剪切强度可以提高20％，此外，在复合材料破坏微观形貌分析基础上，提出了活性涂层对碳纤维的改性机理。