炭/炭复合材料防氧化涂层研究进展

介绍了近两年国内外开发的几种C/C复合材料高性能抗氧化涂层的微观结构和高温氧化行为,表明SiC-Al2O3-莫来石、SiC晶须增韧陶瓷、硅酸钇等涂层1500℃静态空气环境下均具有长时间防氧化能力,部分涂层还具有优良的抗热震性能。其中采用原位形成法制备的硅酸钇涂层具有极佳的抗氧化性能,可在1600℃空气中对C/C复合材料有效保护200 h。此外,还介绍了部分涂层的失效机理,并就C/C复合材料抗氧化涂层下一步研究重点提出一些见解。     

热解碳基泡沫结构应用于热真空吸波箱技术研究

针对卫星通信系统考核用热真空吸波箱对结构吸波材料的需求,文章采用前驱体法和热解工艺制备了以热解碳为基体的轻质泡沫结构吸波材料。性能测试结果表明：该材料不仅适用于高真空、高低温循环热真空吸波箱环境,而且具有适合尖锥型高效吸波结构设计的宽频带、宽温域高介电损耗的电磁特性。在此工作基础上,以开展无源互调（PIM）吸波箱研制为例,分别建立电磁波室温远场平面波照射仿真模型和吸波箱内宽温域电磁波近场球面波照射仿真模型。综合两模型仿真结果,确定了该吸波材料尖锥+底板结构的具体尺寸。结果表明其吸波性能满足国军标的考核要求。     

甲醇和丙酮对酚醛树脂热解过程和成炭性能的影响

探讨了酚醛树脂的溶剂——甲醇和丙酮对酚醛树脂残炭率、热解过程及成炭性能的影响。结果表明,以甲醇为溶剂时,酚醛树脂残炭率比以丙酮为溶剂的树脂高5%以上,并且树脂的起始热解温度、热解峰值温度均远高于后者,热分解速度较小,热解过程平稳,有利于减少因气体挥发速度过快引起的体积收缩及与炭纤维之间的分层、开裂等现象。拉曼光谱和X衍射分析结果均证实以甲醇为溶剂时,树脂900℃碳化物的炭化程度约为丙酮的6倍,而有序性是其2倍多,甲醇溶解树脂的碳化物稳定性更高。     

基于四分之一象限光强法热解碳消光角的计算机测量方法

 针对C/C复合材料中圆周沉积热解碳的消光特性,根据四分之一象限光强法测量原理提出了一种基于灰度曲线极值变化的热解碳消光角计算机测量方法。开发了一种动态模版匹配算法以修正图像采集中产生的目标位置偏移,并通过图像序列纤维截面形状校正解决了纤维倾斜截面的灰度信息提取问题。此方法能够有效地实现C/C复合材料消光角的计算机测量,且同时适用于纤维垂直截面及倾斜截面的情况。测量结果符合四分之一象限光强法的原理,与目测结果之间的误差位于1°~2°以内,随着热解碳内部微观结构原子排列的有序度及热解碳粒子间的夹角增加,消光十字分叉现象愈加明显,偏光图像纹理复杂程度增加,肉眼观测干扰增大,观测值与测量值之间的误差随之增加。     

添加剂对聚碳硅烷热解制备的SiC/SiC复合材料性能的影响

本文就用添加剂来改善用聚碳硅烷热解制备的SiC/SiC复合材料的性能,及添加剂对SiC/SiC复合材料性能的影响进行了初步的探讨,对用热解法制备SiC/SiC复合材料的烧成增强机制和显微结构与强度之间的关系也作了研究。     

硅橡胶基防热涂层高温压缩行为

为研究硅橡胶基防热涂层高温下的力学性能,针对两种硅橡胶基防热涂层开展高温压缩试验,对其截面的宏观及微观形貌进行分析,并结合高温下的热失重分析,探讨了其高温压缩强度变化规律及机理。研究结果表明:甲基苯基硅橡胶涂层高温热解温度区间主要为500～650℃,最终质量残余率为67.61%,其高温压缩强度在25～800℃呈增加趋势,由于玻璃小球的软化及树脂基体的热解,导致在400及700℃两个温度点的压缩强度降低,但在800℃由于玻璃小球与涂层中填料、烧蚀产物等发生共融,使涂层力学性能显著增加。甲基乙烯基硅橡胶涂层的高温热解温度区间主要为450～800℃,最终质量残余率为89.95%,由于甲基乙烯基硅橡胶涂层在高温热解后产生的陶瓷相,弥补了树脂裂解所带来的强度下降,因此在25～800℃其高温压缩强度较为稳定,并未产生明显衰减。影响硅橡胶基防热涂层高温力学性能的因素主要包括树脂基体的热解以及填料在高温下发生的物理-化学变化。     

酚醛树脂热解产物高温燃烧详细化学反应机理简化

针对流动/酚醛树脂热解产物燃烧耦合数值模拟过程中使用详细化学反应机理带来的数值刚性问题,以保证计算精度要求,对酚醛树脂热解产物详细化学反应动力学模型进行简化研究。选取Chemkin-Pro中的良搅拌反应模型,对由53种组分325个基元反应组成的甲烷掺氢气详细化学反应动力学机理进行了敏感性分析和生产速率分析,得到包含15种组分15个基元反应的简化机理。结果表明:简化化学动力学模型能充分地再现详细基元反应模型的反应机理的主要特征,大幅缩短计算时间,进而用于高超声速条件下酚醛树脂热解产物引射及其对边界层扰动的计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)中。     

PE燃料热解过程对H2O2-PE固液发动机点火的影响

通过85%H2O2-PE固液火箭发动机中含有液体层的燃料热解模型,计算了PE燃料的热解过程,分析了燃料热解过程对点火时间的影响,计算结果和试验值一致。H2O2的流量对点火过程起决定性作用,当氧化剂流量低于最小点火流量时,发动机将无法点火。     

糠酮树脂炭及其炭/炭复合材料微观结构与性能研究

通过浸渍/炭化(PIC)工艺制备了糠酮树脂炭块及糠酮树脂基炭/炭复合材料,对其密度分布、力学和热物理性能及微观结构高温演变过程进行了分析研究。结果表明,制备的糠酮树脂炭块及其炭/炭复合材料密度分布较为均匀,其压缩强度分别为33.9、99.4 MPa,室温~1 000℃时平均线膨胀系数分别为3.91×10-6、1.69×10-6K-1;当热处理温度达到2 100℃左右时,Lc值开始大幅度增长,标志着无定形碳向石墨晶体结构转变。在整个热处理过程中,炭/炭材料石墨微晶尺寸增长幅度比纯树脂炭的大,树脂炭块的显微结构为一种高孔隙度的炭结构,但在炭/炭复合材料中树脂炭与纤维之间界面结合良好。     

硅氮烷环体的催化聚合及热解制备Si3 N4 材料

采用甲基氢二氯硅烷的氨解产物硅氮烷环体(MHSZ)为原料,以四丁基氟化铵为催化剂,制备了高分子量的硅氮烷聚合物(PHSZ),结合红外、核磁、凝胶色谱仪和热重分析了反应时间对合成的PHSZ结构、组成、分子量和陶瓷产率的影响。考察了低温氨气,高温N2气氛处理工艺对热解产物结构和组成的影响。结果表明,随着反应时间的延长,PHSZ高聚物的分子量提高,热失重降低;采用该热解方式PHSZ可转化为含碳量仅为0.5wt%的Si3N4材料,热解样品在1 600℃时完全结晶,晶相主要是α-Si3N4。