颗粒冲蚀对注射法制备C/C-ZrC-SiC复合材料 抗烧蚀性能的影响研究

目的采用ZrC和SiC复相陶瓷对C/C复合材料进行改性,研究改性后的复合材料受到颗粒冲蚀破坏的烧蚀行为。方法采用注射法将ZrC和SiC复相陶瓷前驱体引入到等温化学气相渗透法(ICVI)制备的低密度C/C复合材料中,再通过高温热处理、ICVI的方法制备出ZrC和SiC复相陶瓷改性的C/C(C/C-ZrC-SiC)复合材料,随后对制备的复合材料进行高速颗粒冲击实验破坏,并对破坏后的试样进行氧乙炔火焰烧蚀,研究其烧蚀行为。结果改性后的复合材料线冲蚀率和质量冲蚀率分别为253.1μm/s和79.8 mg/s,相较于同孔隙率的C/C复合材料分别降低了49.2%和61%。颗粒冲蚀破坏后C/C-ZrC-SiC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.26μm/s和1.44 mg/s,相比于同孔隙率的C/C复合材料,分别降低了37%和39%。结论由于引入的ZrC和SiC陶瓷相的硬度大于碳基体,C/C-ZrC-SiC复合材料在受到高速颗粒的冲击时,能通过硬质陶瓷相起到抗冲击作用,使得改性后的复合材料抗冲蚀性能大幅度提高。受到颗粒冲蚀破坏后的C/C-ZrC-SiC复合材料内部仍存在超高温陶瓷相,烧蚀过程中能够形成ZrO2骨架结构和SiO2球形颗粒,进而有效保护碳纤维和热解碳基体。     

C/C-SiC-ZrB2复合材料表面SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层的制备及抗氧化烧蚀性能研究

目的研究C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层的制备、抗氧化烧蚀性能与机理。方法选择ZrB_2和SiC改性的C/C复合材料为基体,通过包埋-刷涂法在C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面制备了SiC/ZrB_2-SiC/SiC多重抗氧化涂层,并对复合材料的微结构、抗氧化烧蚀性能与机理进行分析和研究。结果制备了一种三层结构的SiC/ZrB_2-SiC/SiC超高温陶瓷复合涂层,获得了风洞考核试验下的复合材料微结构变化、线烧蚀率等试验数据,并得到了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的氧化烧蚀机理。结论 SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层对C/C-SiC-ZrB_2复合材料的抗氧化和耐烧蚀性能具有明显提升,有效提高了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的综合热防护性能。     

新型含锆聚碳硅烷制备C/C-SiC-ZrC 复合材料及烧蚀性能

目的提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。方法通过交联固化-碳化工艺获得新型含锆聚碳硅烷(Polyzirconocenecarbosilane, PZCS)裂解产物。采用FT-IR、XPS、TG、XRD、SEM等分析手段表征PZCS先驱体基本结构和固化、裂解产物结构及元素分布等。以PZCS为溶液浸渍先驱体,通过PIP工艺制备得到C/C-SiC-ZrC复合材料,采用氧乙炔烧蚀试验表征其抗烧蚀性能。结果 PZCS陶瓷先驱体经过交联固化工艺能够显著提高其陶瓷产率。TG结果表明,980℃时陶瓷产率达66.37%,所得陶瓷粉末为分散均匀的SiC-ZrC复相陶瓷。C/C-SiC-ZrC复合材料经过氧乙炔试验烧蚀600 s后,其线烧蚀率为0.0067 mm/s,表现出良好的抗烧蚀性能。结论 SiC-ZrC复相陶瓷基体烧蚀过程中,氧化形成SiO2和ZrO2等氧化物涂层,氧化物隔离层能够隔离氧气和热量,阻止其向复合材料内部进一步扩散,可有效提高复合材料烧蚀性能。     

超高温陶瓷改性碳基/陶瓷基复合材料的多尺度构筑与性能研究进展

从复合材料的多尺度结构构筑出发,简述了超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的制备方法及其优缺点。综述了均质和非均质结构超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的结构设计、制备工艺、力学性能和烧蚀性能。提出设计开发低成本、短周期新工艺以及与现有工艺的有机结合以制备出更高综合性能要求的复合材料,是未来的主攻方向。从材料结构设计上,指出未来努力的重要方向。     

C/YAG复合材料的抗烧蚀性能研究

目的对C/YAG复合材料的烧蚀性能和烧蚀机理进行研究。方法以高固相含量Y_2O_3-Al_2O_3溶胶为原料,低成本的碳纤维针刺毡为增强体,通过浸渍-干燥-热处理工艺制备C/YAG复合材料,利用SEM和XRD对烧蚀后材料的微观结构和物相组成进行分析。结果复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.05g/s和0.12 mm/s。结论 C/YAG复合材料高的质量烧蚀率和线烧蚀率主要归因于氧乙炔焰高热流和强剪切力作用。烧蚀后材料的微观形貌可以分为中心区、过渡区和边缘区三个区域。其中烧蚀中心区主要受到热化学腐蚀和机械剥蚀的作用,而过渡区和边缘区主要受到热化学腐蚀和热物理侵蚀的作用。     

等离子喷涂制备 ZrB2-SiC 复合涂层及其静态烧蚀性能

目的提高C/C复合材料的抗静态烧蚀性能。方法利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,对其进行1500℃的静态烧蚀实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果采用大气等离子喷涂制备的ZrB_2-SiC涂层是由熔融的粉末粒子紧密堆积而成,呈现典型的层状结构,涂层均匀完整地覆盖于C/C基体表面,厚度约为200μm。涂覆有ZrB_2-SiC复合涂层的C/C复合材料试样在1500℃分别氧化2,3,4 h后,试样依旧保持完整,C/C基体未遭受损伤,试样的质量增加率依次为3.39%,2.95%,4.25%。结论采用大气等离子喷涂技术能够在C/C复合材料表面制备出厚度均匀、结构致密的ZrB_2-SiC复合涂层,ZrB_2-SiC复合涂层使C/C复合材料的抗静态烧蚀性能显著提高。     

轻质Cf/SiOC复合材料表面抗氧化涂层烧蚀性能的研究

目的提高轻质碳纤维增强SiOC(C_f/SiOC)多孔陶瓷复合材料的抗烧蚀性能。方法用TaSi_2、MoSi_2为高温抗氧化组分,SiB_6为烧结助剂,硼硅酸玻璃为粘结剂,采用浆料法在C_f/SiOC复合材料表面制备多层梯度化抗氧化涂层。用氧乙炔考核带涂层复合材料的抗氧化及抗烧蚀性能,并通过扫描电子显微镜对烧蚀后的形貌进行分析。结果采用硼硅酸玻璃能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,有效地提升涂层的阻氧能力,同时能够降低涂层与基体材料之间的热失配。通过浆料法能够获得梯度化的抗氧化涂层,即涂层由靠近基体部分的多孔层逐渐过渡至最外层的致密层。在氧乙炔考核烧蚀实验下,涂层表现出优良的抗烧蚀性能,并且随着表面烧蚀温度的不同,表现出不同的烧蚀行为。在1660℃下烧蚀后,线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.03μm/s,2.96×10-8g/(mm2·s),随着烧蚀温度增加至1760℃,线烧蚀率及质量烧蚀率增加至0.06μm/s,1.03×10-7g/(mm2·s)。带涂层的复合材料烧蚀后,涂层表面没有裂纹,但都出现了大量的孔洞,其主要原因是硼硅酸玻璃的挥发,基体材料并没有发生明显的氧化,涂层表现出优良的抗氧化、阻氧能力。结论硼硅酸玻璃的引入能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,提升涂层的阻氧能力。制备的多组分抗氧化烧蚀涂层,可以有效地提高C_f/SiOC复合材料的抗烧蚀能力。     

近场动力学方法在C/C复合材料烧蚀问题中的应用

C/C复合材料是一种碳纤维增强的新型复合材料,作为抗烧蚀材料而广泛地应用于飞行器的热防护领域。在热化学烧蚀作用下,C/C复合材料通过质量损失,带走大量的热,从而阻止高温对飞行器内部结构部件的损害,保证工作人员和仪器的安全。C/C复合材料的热化学烧蚀是一个典型的非线性、不连续问题。不同于传统偏微分方程在不连续边界上的奇异性,近场动力学(PD)理论采用积分-微分方程避开了这一问题,可以在不引入其他复杂判定条件的情况下,用于描述烧蚀界面的移动问题。通过对热化学烧蚀作用下C/C复合材料质量的损失和结构边界移动过程的近场动力学数值模拟,分析了热化学烧蚀与温度场耦合作用下C/C复合材料烧蚀性能的变化规律。     

C/C复合材料不同碳基体的纳米压痕行为研究

目的研究碳基体微观结构对材料整体性能的影响。方法用酚醛浸渍-碳化、中温煤沥青浸渍-碳化、甲烷为碳源前驱体,经化学气相沉积制备得到不同碳基体C/C复合材料。采用偏光显微镜对C/C复合材料不同碳基体的显微结构进行观察分析,采用XRD和Raman光谱对C/C复合材料的树脂碳基体、沥青碳基体和热解碳基体的微晶尺寸进行表征,以玻璃碳作为参比样品,通过纳米压痕测试不同碳基体试样的弹性模量和硬度。结果碳基体为热解碳和沥青碳的石墨微晶缺陷少,完整度较好,石墨化程度高。玻璃碳和树脂碳基体中石墨微晶排列紊乱,有序度低,石墨化程度低。酚醛浸渍-碳化得到的树脂碳的微晶尺寸Lc最小,为1.69 nm,弹性模量和硬度最大,分别为(23.17±0.54) GPa和(3.26±0.10) GPa;光滑层热解碳和粗糙层热解碳的弹性模量和硬度次之;沥青碳的微晶尺寸最大,Lc为9.36nm,而弹性模量和硬度最小,分别为(12.53±2.29) GPa和(0.72±0.14) GPa。结论不同碳基体的C/C复合材料中,碳基体的石墨化度越高,微晶尺寸越大,各向异性越显著,材料的弹性模量和硬度越低。     

基体改性抗氧化碳材料的高温氧化性能研究

目的研究ZrB_2-SiC复相组元改性碳材料在1800℃以上氧化气氛中的氧化性能。方法利用感应加热高温氧化测试装置测试抗烧蚀性能,通过SEM,XRD等手段对氧化产物的组成、氧化层的微观结构进行分析。结果ZrB_2-SiC复相组元的引入可以大大降低碳材料的氧化速率,在1800℃和2100℃高温氧化条件下,C-ZrB_2-SiC材料和纯碳材料的氧化动力学均遵循线性规律。结论基体改性抗氧化碳材料具有良好的高温抗氧化性能。     

含表面应力集中超高温陶瓷材料热冲击可靠性的研究

目的研究含表面应力集中的超高温陶瓷材料在热冲击环境下的可靠性。方法针对超高温陶瓷材料,研究了其威布尔分布规律和含不同切口半径的材料可靠性,并建立了其在热冲击载荷作用下的可靠性评价方法。结果对于切口不完全敏感的材料,切口件的可靠性并不是随着切口半径的减小而单调增大,对于研究的三种切口半径试样(r=0.1、0.25、0.5 mm),r=0.1 mm的试样存活率最小,r=0.25 mm的试样存活率最大。淬火初期阶段,表面含切口的材料存活率在0.04 s内急剧降低至0,0.04～0.1 s时存活率维持在0,0.1 s后存活率迅速上升,约0.28s后存活率增大为1。结论建立的评价方法可以作为超高温陶瓷材料在热冲击环境下应用可靠性的有效评估手段,对其进一步被广泛应用具有重要意义。     

铌合金表面热防护涂层研究进展

作为武器装备、航空航天等多种现代工业领域热端部件中应用十分广泛的结构材料,铌合金在高温富氧燃流的冲刷下会发生严重的烧蚀现象,进而影响了其在超高温环境下的使用性能。研究发现,采用表面涂层技术能够有效提升铌合金的高温抗烧蚀性能。因此结合热端部件富氧、超高温的实际服役环境,首先介绍了国内外铌合金表面抗氧化烧蚀涂层领域的研究现状,对比分析了金属基和硅系陶瓷抗烧蚀涂层各自在抗氧化烧蚀性能上的优缺点;然后综述了近年来国内外有关热障涂层的研究进展,归纳总结了ZrO2基陶瓷涂层、稀土锆酸盐陶瓷涂层以及钙钛矿结构陶瓷涂层三种热障涂层材料的特点;最后对铌合金表面热防护涂层的结构设计以及未来的研究方向进行了展望。     

桉树遗态Fe/C复合材料对水中Cr(Ⅵ)的动态吸附探讨

为研究桉树遗态Fe/C复合材料（PBGC-Fe/C）对水中Cr（Ⅵ）的净化能力及其动态吸附过程,以PBGC-Fe/C吸附剂为固定床,选择溶液初始pH、进水流速、溶液初始浓度、吸附剂投加量和环境温度为影响因素开展动态吸附试验分析.结果表明:在溶液初始pH为2,进水流速为5.14 mL/min,吸附剂投加量为2 g和环境温度为35℃的条件下,PBGC-Fe/C对水中Cr（Ⅵ）的最佳平衡吸附容量达到10.72 mg/g;提高溶液初始pH、进水流速和溶液初始质量浓度或降低吸附剂投加量均可缩短反应穿透时间和衰竭时间;Thomas和Yoon-Nelson模型均能较好地描述PBGC-Fe/C对水中Cr（Ⅵ）的动态吸附过程,说明该吸附过程中内部扩散和外部扩散均为非限速步骤,吸附速率常数（k_Th）随着进水流速的增大从1.3×10-3 mL/（min·mg）升至2.6×10-3 mL/（min·mg）,随着溶液初始质量浓度的增大从2.7×10-3 mL/（min·mg）降至1.4×10-3 mL/（min·mg）.研究显示,PBGC-Fe/C对水中Cr（Ⅵ）具有较好的动态吸附能力,具有较好的市场应用前景.      

Neutron activation analysis of ceramic tiles and its component and radon exhalation rate

IntroductionCeramic,consistofearthymaterialslikeclaykaolin ,limestoneandsandglass .Ceramicmaterialsarenonmetalic ,inorganiccompoundsprimaryoxides ,alsocarbides ,nitridesandsilicides .Twotypesofbondingmechanismsoccurinceramicmaterial ,ionicandcovalent.Theo…     

熔渗温度和时间对 C/C-SiC-ZrC 复合材料性能的影响研究

目的研究熔渗温度和熔渗时间对复合材料密度和弯曲性能的影响。方法采用化学气相渗透法(CVI)和聚合物浸渍裂解法(PIP)制备熔渗用低密度C/C复合材料,以Si0.9-Zr0.1合金为熔渗金属,采用反应熔渗法(RMI)制备C/C-SiC-ZrC复合材料。测试C/C-SiC-ZrC复合材料的开孔率、密度、弯曲强度,分析试样的相组成。结果熔渗温度为1450℃时,复合材料的密度仅有1.97 g/cm3,弯曲强度仅为153 MPa;当熔渗温度升高到1550℃时,密度和弯曲强度分别升高到2.39 g/cm~3和260 MPa;而当熔渗温度升高到1650℃时,密度和弯曲强度又分别降为2.18 g/cm~3和208 MPa。1.5 h熔渗时复合材料的密度值最大,为2.46 g/cm~3,相对0.5 h熔渗的最小值提高了5.1%;1.0 h熔渗时复合材料材料的弯曲强度最高,达到了260 MPa,相对于1.5 h熔渗的最低值仅提高了3.2%。结论复合材料的致密度和弯曲强度随熔渗温度的升高先升高后降低,密度随熔渗时间的延长而增大,而弯曲强度随熔渗时间的延长先升高后降低,但密度和弯曲强度随熔渗时间的延长变化较小。     

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。