本文通過先驅(qū)體浸漬裂解和壓力浸滲兩種方法聯(lián)合,采用耗散防熱的設(shè)計理念,制備了不同密度、不同碳纖維預(yù)制體類型的耗散防熱復(fù)合材料。采用碳碳復(fù)合材料高溫抗氧化的常用基體改性化合物—ZrC及耗散防熱設(shè)計思路中常用的AlSiB三元合金作為協(xié)同的耗散劑,研究兩種化合物協(xié)同作用下復(fù)合材料的燒蝕性能。同時針對耗散劑浸滲前后復(fù)合材料彎曲強度、壓縮強度和彎曲模量的變化研究了耗散劑對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響;通過材料分析測試方法對耗散防熱復(fù)合材料燒蝕前后的物相組織,微觀形貌分析研究,針對燒蝕產(chǎn)物、溫度等燒蝕試驗的特征來推理燒蝕過程材料微觀組織演變、燒蝕行為,結(jié)合燒蝕反應(yīng)熱力學(xué)動力學(xué)闡明耗復(fù)合材料耐燒蝕機理。對基體抗燒蝕性能、耗散劑類型、碳纖維預(yù)制體類型和燒蝕方向等因素進行控制變量比較分析對燒蝕性能的影響。通過先驅(qū)體浸漬裂解法引入Zr元素,壓力浸滲法浸滲Al、Si、B合金,兩種方法對碳碳復(fù)合材料浸滲穿透,浸漬液與耗散劑在基體中沿著纖維束和孔隙均勻分布,AlSiB耗散劑以Al、Si、B單質(zhì)形式存在,Zr元素以單斜、四方兩種氧化鋯和ZrC形式存在,浸滲AlSiB耗散劑的復(fù)合材料的彎曲強度提升16.85%-38.81... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

熱沉式防熱的基本模型

和由二者熱性能不匹配造成的熱應(yīng)力，在鎢銅復(fù)合材料基礎(chǔ)上延伸出具有梯度結(jié)構(gòu)的新型鎢銅功能材料。一側(cè)是高導(dǎo)電、導(dǎo)熱和優(yōu)異塑性的銅；高熔點、高硬度的鎢作為材料的背面；材料中部是具有梯度變化的鎢銅過渡層[7]。工藝流程有兩步，首先鎢銅胚體可通過粉末冶金制，第二步是將含銅量較高、熱導(dǎo)率較大的坯體裝嵌進含量較少的坯體，便可制得具有熱應(yīng)力緩釋的梯度功能材料。飛行器燃氣舵為追求輕量化特點，用金屬鉬或者更輕的高溫陶瓷取代部分鎢作為滲銅骨架，在保持性能的同時降低材料密度是當前燃氣舵發(fā)展主要方向之一[8]。圖1.2幾種典型的難熔金屬高溫強度[9]高蠕變強度的鉭合金也有許多應(yīng)用，因其低熱膨脹系數(shù)、較強的抗熱震性能和良好的塑韌性國外對于其研究頗多，航天飛船的燃燒室及其他耐熱零部件和導(dǎo)彈鼻錐已有Ta-10W合金的應(yīng)用，目前材料服環(huán)境達2500℃，同時可應(yīng)用在燃燒室和飛行器噴管的燃氣擾流片[10]。由于在500℃以上易被氧化這個缺點，目前側(cè)重于對其表面抗氧化涂層的研究，現(xiàn)在歐美研究的Hf-Ta、Mo-Pd等多元難熔金屬涂層抗氧化性耐氧時間都得到提高。輕質(zhì)的鈮合金焊接性能好，還具有良好低溫塑性。目前國外對于高熱強鑄造鈮合金有涉及，而國內(nèi)側(cè)重對低密度的C-103和Nb52合金的研發(fā)，滿足了飛行器

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-圖1.33D-C/SiC表面形貌[22](a)無涂層熱震前；(b)無涂層熱震后；(c)有涂層熱震前；(d)有涂層熱震后JamesW[23]等人成功制備了ZrB2基超高溫陶瓷，其獨特的纖維獨石結(jié)構(gòu)使得臨界熱沖擊溫差愈近1400℃。這比起普通材料提升了250%。研究表明材料表面裂紋可以通過材料進行預(yù)氧化來彌合，采用低熱導(dǎo)、低換熱系數(shù)氧化物的增強相等方法均有助于改善材料的抗熱沖擊性能。同時細化晶粒尺寸和改進燒結(jié)工藝提高致密度都能提升材料力學(xué)性能，使其高溫條件力學(xué)和穩(wěn)定性提高。1.2.3碳碳復(fù)合材料C/C復(fù)合材料是碳基體和碳纖維組成的復(fù)合材料，碳纖維編織或機織預(yù)成型制成碳纖維預(yù)制體，再使用液相浸漬或化學(xué)氣相沉積(CVI)方法來使其致密，包括制備加固和稠化過程。粗糙碳層的石墨化度高對燒蝕性能有利，熱解碳也比樹脂基體燒蝕抗性高[24]。主要制備流程如圖1.4[25].C/C復(fù)合材料因其輕質(zhì)，耐熱性好，極小的熱膨脹率化學(xué)穩(wěn)定性好被廣泛應(yīng)用在高溫環(huán)境中，而且相比石墨和其他碳材料，強度更高的同時兼具塑韌性和優(yōu)異的抗沖擊性能；但其缺點也十分明顯，溫度超過450°C就易于與氧氣反應(yīng)，高溫抗氧化性較差[26]，碳碳復(fù)合材料氧化后質(zhì)量減輕，本來多孔材料結(jié)構(gòu)遭到侵蝕，氧氣更易進入內(nèi)部持續(xù)破壞材料碳纖維剝離脫落降低材料的性能，造成嚴重后果。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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