收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

先驱体转化C/SiC复合材料本征及服役性能研究

张笔峰  
【摘要】:碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,是一种很有潜力的热结构材料。本文针对C/SiC复合材料在空间推进系统中的应用要求,以先驱体转化C/SiC复合材料为研究对象,开展了其本征性能及其在服役环境中结构性能演变的研究。 本文首先对C/SiC复合材料室温力学性能进行了全面的表征,并探讨了不同性能间的相关性。研究结果表明:不同测试标准所得材料的弯曲强度和模量存在一定的差异,四点弯曲法测试所得强度离散性小、模量大;在三点弯曲法中,GB6569-86标准的试样宽度较ASTM C1341-00更小,其弯曲强度的离散性较大;C/SiC复合材料的三点弯曲强度(GB6569-86三点法测得)为463.00MPa,且强度服从m=15.52,λ=478.18的两参数Weibull分布;C/SiC复合材料拉伸强度为324.1MPa,拉伸模量为169.3GPa,拉伸泊松比为0.32;弯曲强度与拉伸强度的比值约为1.5;材料的X方向(编织件母向)的压缩强度为57.6MPa,Y方向(编织件周向)的压缩强度为108.1MPa,X方向更易发生基体破坏纤维屈曲失效。 表征了C/SiC复合材料的热膨胀系数、热扩散系数、比热容以及热导率等热物理性能,结果表明:C/SiC复合材料在X向和Y向的热膨胀系数存在较大差异,Y向的膨胀系数大于X向的膨胀系数,其随温度升高的增涨幅度较小,X向热膨胀系数随温度升高显著增长;C/SiC复合材料的热扩散系数随着温度升高逐渐减小,室温下其值为2.1mm~2/s,测试温度为1000℃左右其值约为1.4mm~2/s;复合材料的比热容和热导率在室温至1400℃的温度范围内存在一定的波动,比热容的波动范围为0.36~0.83J/(g~(-1)K~(-1)),热导率的波动范围为1.25~2.67 W·m~(-1)·K~(-1)。 研究了PCS先驱体转化SiC基体的高温氧化行为,研究发现:由于组成结构的不同,纯SiC陶瓷微粉、PCS1200℃裂解SiC基体以及PCS1800℃裂解SiC基体在1000℃以上空气环境中氧化60min表现出不同的氧化行为,氧化温度1000℃时前两者以SiC氧化为主,表现为增重;而后者由于基体中的自由碳相与SiC相发生了相分离,样品的氧化行为以自由碳的氧化失重为主;氧化温度为1200℃、1400℃和1600℃时,三者均表现为SiC的氧化增重为主;1000℃和1200℃氧化得到的SiO2以无定形态存在,其XRD衍射峰不明显,氧化温度为1600℃时生成的SiO2形成了尖锐的XRD衍射峰。 进一步研究了先驱体转化C/SiC复合材料在1200℃、1400℃和1600℃空气环境中的氧化行为,研究结果显示:氧化60min后,复合材料在1400℃下的氧化侵蚀最严重,其失重率高达10.6%,强度保留率仅为60.4%,1200℃和1600℃下的氧化侵蚀程度基本相当,其强度保留率约为80%;C/SiC复合材料在1200℃下的氧化行为表现为典型的扩散控制机理,其残余弯曲强度与失重率成指数关系。 研究了C/SiC复合材料在热真空环境、超低温环境以及冷热交变环境等模拟空间环境中结构性能的演变,研究结果发现:C/SiC复合材料在1200℃、6.0×10~(-3)Pa的热真空环境中处理8h后,材料无任何失重,其弯曲力学性能以及断裂模式无明显变化;C/SiC复合材料在~(-1)96℃的液氮环境中放置60天后,其弯曲强度和弯曲模量维持在原始样品的450MPa、100GPa左右,其断裂模式继续保持为韧性断裂;C/SiC复合材料经历常压~(-1)96℃至200℃的冷热交变环境后,其弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化不明显,初始试样的上述性能分别为449.5MPa、89.8GPa、73.7MPa,经历不同次数冷热交变实验后这些性能呈现小幅度波动,波动范围分别为30MPa、4.7GPa、10.7MPa;并且与初始试样相比,经历冷热交变后材料的断裂模式以及纤维和基体结合情况没有发生明显变化。 探讨了C/SiC复合材料在液体火箭发动机燃气环境中的失效模式,得出当发动机推力室内壁面温度约为1600℃时,复合材料的破坏形式主要表现为机械冲刷破坏,当内壁面温度超过1700℃时,复合材料的破坏形式表现为氧化烧蚀与机械冲刷破坏并存。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陶永强;矫桂琼;王波;常岩军;;2D编织陶瓷基复合材料应力-应变行为:分析预测[J];工程力学;2009年10期
2 张军战,徐永东,张立同,成来飞,姜广鹏,楼建军;反应熔体渗透C/SiC复合材料的摩擦性能[J];材料工程;2005年07期
3 高革;;Al-Mg-Al_2O_3-MgO复合材料的制取方法[J];轻合金加工技术;1975年02期
4 李润民 ,张引枝 ,刘振宇;CA SELECTS Carbon Graphite Fibers[J];新型炭材料;1993年01期
5 蒋汉生;;玻璃钢/复合材料在大型异形建筑结构中的应用特点[J];玻璃钢;1995年04期
6 王铁军;熊宁;周武平;秦思贵;;新型金属熔体浸渗复合材料的研究进展[J];机械工程材料;2006年09期
7 许幸新;刘传绍;赵波;;超声振动钻削SiC颗粒增强铝基复合材料时的切削力研究[J];工具技术;2007年01期
8 赵瑞方;华坚;聂建斌;;蜂窝状三维织物及其加强复合材料的研制[J];纺织科技进展;2007年05期
9 汪志芬;林华;张可喜;王江;符新;;淀粉/天然橡胶复合材料的研究[J];弹性体;2008年02期
10 陈雷;曾黎明;罗兰;张超;;聚醚醚酮树脂的改性及应用进展[J];塑料科技;2009年12期
11 赵德旭;李巧玲;;碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究进展[J];塑料科技;2009年12期
12 J.P.Giltrow;J.K.Lancaster;郑云翼;;碳纤维增强聚合物的摩擦和磨损[J];流体机械;1973年12期
13 复合材料软管技术协作组;无纸贴膜复合材料软管研制成功[J];日用化学工业;1979年06期
14 ;玻璃钢空隙含量测定方法[J];纤维复合材料;1980年01期
15 朱颐龄;设计玻璃钢/复合材料结构物时的一些考虑[J];玻璃钢/复合材料;1981年03期
16 岛村昭治;;取送能——飞轮、风车[J];纤维复合材料;1983年06期
17 赵瑞成;;未来的材料科学[J];未来与发展;1984年03期
18 朱洁;;高吸水聚合物及其复合材料[J];应用化工;1986年01期
19 王琪;;哈玻所白淳岳应邀参加日本FRP协会及CM学会年会[J];纤维复合材料;1986年04期
20 吴志仑;关于制定玻璃钢产业政策的若干基本观点[J];玻璃钢/复合材料;1988年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 冯炎建;冯祖德;刘永胜;栾新刚;张伟华;成来飞;;2D C/SiC复合材料高温蠕变损伤的显微CT分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
2 李俊;矫桂琼;贾普荣;;平纹编织C/SiC复合材料面内剪切试验方法的研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
3 何九领;鲁金华;;复合材料失效分析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
4 刘时风;王勇;陶雪荣;陈显锋;;AU2000声-超声复合材料检测系统研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
5 佟景伟;沈珉;王世斌;李鸿琦;穆祥新;;复合材料变形与损伤的光力学细观实验系统[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
6 郜永娟;刘正英;杨鸣波;;注塑成型CB/iPP/HDPE复合材料电性能的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
7 马寒松;;纤维型Microstretch复合材料的面内有效弹性模量预测[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 张昌天;李晶晶;江大志;肖加余;;二维点阵复合材料圆筒结构软模辅助缠绕成型及轴向压缩性能研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
9 益小苏;王震;刘志真;杨慧丽;丁孟贤;李宏运;;高韧性树脂转移模塑聚酰亚胺复合材料技术[A];航空科学技术学科发展报告(2008-2009)[C];2009年
10 郑媛心;王言伦;王孝军;杨杰;;环氧树脂/AlN复合材料导热性研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁辉;碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 聂军武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁电复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 袁磊;利用反应烧结法制备Si_3N_4复合材料及其多孔材料的研究[D];东北大学;2008年
4 许文娇;废弃环氧树脂再生技术及应用研究[D];东华大学;2011年
5 尹昌平;共注射RTM制备承载/隔热/防热一体化复合材料[D];国防科学技术大学;2009年
6 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
7 庄健;Cu/TiC复合材料的制备,组织结构及摩擦磨损行为[D];吉林大学;2011年
8 韩相华;铁基微粉/粘合剂复合材料的微波吸收性能研究[D];兰州大学;2010年
9 王宝来;三维编织复合材料的力学性能和尺寸效应研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 孟黎清;飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张笔峰;先驱体转化C/SiC复合材料本征及服役性能研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 卜军;含端乙焕基硅/氮树脂及其复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
3 石品品;碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备和性能研究[D];华东理工大学;2012年
4 沈艳萍;高介电常数氰酸酯基复合材料的研究[D];苏州大学;2011年
5 蔡国锋;竹粉/聚丙烯复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
6 梁少旭;含孔隙复合材料的强度分析研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 李国琴;泡沫来层复合材料的制备及其力学和阻燃性能的研究[D];东华大学;2011年
8 金莹莹;周期微六面体点阵复合材料带隙阻尼特性研究[D];大连理工大学;2012年
9 蒋园园;光纤光栅传感器应用于复合材料损伤监测的研究[D];武汉理工大学;2012年
10 滕祥萌;复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼预测[D];山东科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 亚兰;亚什兰在华代理TA公司PVC复合材料[N];中国化工报;2008年
2 郑英;江阴自主研发产品获JEC复合材料展创新奖[N];江阴日报;2010年
3 黄丽娟胡伟滨 记者 王方遒;亚洲最大复合材料生产基地在哈建成[N];哈尔滨日报;2007年
4 朱剑红;中国建材收购德国企业[N];人民日报;2007年
5 记者 刘棉柳;EPMC复合材料发展进入新阶段[N];广东科技报;2005年
6 记者 杨静;中国复合材料集团锁定“三高”产品[N];中国建材报;2006年
7 尔基;专注指向成功[N];现代物流报;2007年
8 朱江;帝斯曼复合材料树脂集团推出两个新产品[N];中国建材报;2008年
9 广文;秦皇岛奥体中心获赠“复合材料轻型抗爆炸容器”[N];人民公安报;2008年
10 洋洋;澳大利亚将试飞模块化全复合材料无人机[N];中国航空报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978