Microstructure,thermophysical property and ablation behavior of high thermal conductivity carbon/carbon composites after heat-treatment

Uni-directional carbon/carbon composites with high thermal conductivity are suitable to supply continuous thermal protection for future reentry vehicles since they could reduce surface temperature and ablation rates simultaneously in harsh environments. In this work, the high thermal conductivity carbon/carbon composites were prepared by chemical vapor infiltration. After heat-treatment, both their open porosity and internal friction increase due to the fiber/matrix thermal expansion mismatch; while their thermal conductive performance become better due to more complete carbon structure. With raising heat-treatment temperature from 1800 °C to 2450 °C, the mass and linear ablation rates of C/C composites with fibers vertical to the oxyacetylene torch for 60 s decrease from 0.66 mg/s and 2.95 μm/s to 0.51 mg/s and 2.05 μm/s respectively. The improved ablation resistance is resulted from the increased thermal conductivity from 282 to 508 W/(m·K) and more carbon fibers exposed to the flame during ablation, which have better oxidation resistance than those of carbon matrix. While such ablation rates become larger for composites with fibers parallel to the flame, from 1.02 mg/s and 3.73 μm/s to 1.28 mg/s and 5.01 μm/s respectively since the ablation occurred more easily through gaps at the fiber/matrix interfaces, which become larger and are always exposed to the flame for this case.     

石英陶瓷与碳纤维增强复合材料间胶接增强的优化工艺

为提高硅橡胶胶黏剂胶接石英陶瓷和碳纤维增强复合材料的强度和耐温性能,研究了胶接面湿热状态、打磨程度、胶层厚度、操作等待时间等工艺参数对胶接强度的影响。在试片正常烘干、打磨的情况下,当胶层厚度为0.4 mm、操作等待时间小于0.5 h时,胶接效果最优,其压缩剪切强度达到了3.06 MPa。探索了底涂剂处理对胶接强度和耐温性能的影响。在温度不高于100℃时,底涂剂A的效果较好。经底涂剂A处理后,胶接试片常温下的强度提高了13.7%,达到3.48 MPa;100℃时的强度提升率达到37.7%。在更高温度下,底涂剂B的效果更为显著。经底涂剂B处理后,胶接试片常温下的强度提升了10.1%,达到3.37 MPa;300℃时的强度提升了44.0%,达到1.57 MPa;200℃时的强度提升率最高,为49.0%。测试结果为高温条件下石英陶瓷胶接结构的胶接工艺优化及其应用提供了参考。     

FINITE DIFFERENCE MODEL FOR SIMULATION OF DENSIFYING CARBON-CARBON COMPOSITES BY CHEMICAL VAPOR INFILTRATIONP ROCESSES

ＮｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅｓＡ０—ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅＡｒｈｅｎｉｕｓｅｑｕａｔｉｏｎＣ（ｎ）—ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｕｎｉｔ（ｎ）（ｍｏｌ／ｃｍ３）Ｃ０—ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔｅｘ...     

旋转CVI制备陶瓷基复合材料碳界面层

用旋转ＣＶＩ工艺，通过优化工艺参数，在低压（５ｋＰａ）、高温（１１００℃）、高Ｃ３Ｈ６ 浓度（６２．５ｖｏｌ％ ）以及３．５ｍ ｍ ·ｍ ｉｎ－ １ 碳布旋转线速度条件下，在二维碳布上快速制备了厚度均匀（０．２５μｍ ）、表面规整的致密热解碳界面层。实验结果表明：沉积温度对界面层表面状况有较大的影响；采用减压法与优化沉积炉结构与几何尺寸，能有效防止高温高Ｃ３Ｈ６ 浓度下炭黑的形成。     

碳纤维涂层结构与性能的关系

 本文用抗氧化数Φ(无量纲)的概念来衡量碳纤维涂层的抗氧化能力。依据化学动力学导出了涂层抗氧化数与涂层结构参数的关系:Φ=KX/D。通过实验,研究了SiO_2及sic涂层结构及碳纤维上涂覆SiO_2及SiC涂层后的热失重及抗拉强度,求得涂层抗氧化数并与计算结果进行了比较。由此分析了涂层结构对抗氧化能力的影响。     

碳纤维的表面处理与复合材料的层间剪切强度

碳纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）是碳纤维在当前应用的主要形式之一。实用要求ＣＦＲＰ层间剪切强度（ＩＬＳＳ）的下限值为７ＳＭＰａ，未经表面处理的碳纤维的ＩＬＳＳ仅在５０～６０ＭＰａ之间，经表面处理后，可提高到８０ＭＰａ以上，充分满足使用要求。除此之外，ＩＬＳＳ还与纤维含量、孔隙率和基体树脂性能等有关。     

多向C/C复合材料烧蚀表面粗糙度初步研究

对C／C复合材料的烧蚀表面粗糙度进行了测量，并对不同编织结构和不同基体组元的C／C复合材料的烧蚀表面粗糙度进行了比较分析。研究发现：基体组元相同时采用多向结构的C／C复合材料烧蚀表面粗糙度明显降低；编织结构相同时，舍有沉积碳组元的碳／碳复合材料烧蚀表面粗糙度明显降低。     

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)。     

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.