碳/碳（C/C）復(fù)合材料具有低密度、高比強度、高比模量、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能,是新一代先進飛行器熱防護和動力系統(tǒng)的主要備選材料。由于C/C復(fù)合材料較高的氧化敏感性,嚴(yán)重限制了其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。為了拓寬C/C復(fù)合材料在高溫氧化環(huán)境中的應(yīng)用范圍,本文以2D針刺纖維預(yù)制體為增強相,以天然氣為熱解碳前驅(qū)體,采用等溫化學(xué)氣相沉積工藝制備多孔C/C復(fù)合材料,然后利用反應(yīng)熔滲法在多孔C/C復(fù)合材料內(nèi)部引入SiC、SiC-ZrB₂陶瓷相,以提高C/C復(fù)合材料的抗燒蝕性能。在此基礎(chǔ)之上,采用溶膠凝膠-碳熱還原法在多孔C/C復(fù)合材料內(nèi)部原位生長SiC納米線以增韌SiC-ZrB₂改性的C/C復(fù)合材料。借助掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、熱導(dǎo)測試儀、熱膨脹測試儀和萬能力學(xué)試驗機對改性C/C復(fù)合材料進行微觀結(jié)構(gòu)、物相組成、物理性能和力學(xué)性能進行分析,并研究改性C/C復(fù)合材料在氧乙炔火焰和固體火箭發(fā)動機羽流環(huán)境中的燒蝕行為,通過燒蝕產(chǎn)物、燒蝕形貌及相關(guān)熱物理性能探討了改性C/C材料的燒蝕機理,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:采用等溫化學(xué)氣相沉積工藝制備了不同密度的C/C復(fù)合材... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

HfC-MoSi2復(fù)合材料燒蝕后的形貌

制備出硼化物復(fù)合陶瓷材料，如圖1-2 所示。硼化物復(fù)合陶瓷材料高溫氧化試驗研究結(jié)果表明[49-52]，在 1300-1600℃范圍內(nèi)形成的硼硅酸鹽玻璃涂層具有良好的表面自愈合性，有效阻擋氧化氣氛向復(fù)合材料內(nèi)部的擴散，從而為復(fù)合材料提供長時間的保護。在 1600-2200℃范圍內(nèi)形成的鋯硅酸鹽玻璃和過渡金屬氧化物保護層能有效抵御高溫火焰的侵蝕，從而提高了硼化物陶瓷材料的氧化防護能力和抗燒蝕性能。J.W.Zimmermann 等[53]采用熱壓燒結(jié)法制備了 ZrB2-SiC 復(fù)合材料，并研究了 SiC 含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合材料中含有27vol%的 SiC 時，具有較好的力學(xué)性能，其楊氏模量為 508 GPa，彎曲強度為 720 MPa

如圖1-3 所示，并在航空煤油發(fā)動機燃?xì)猸h(huán)境下測試了其燒蝕性能，經(jīng)過 150 s 燒蝕后，發(fā)動機噴嘴擴張段外形尺寸保持完整，沒有開裂、剝落現(xiàn)象發(fā)生，顯示了 C/SiC 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用潛力。Uhlmann Franziska 等[104]將 ZrB2和 Ta 陶瓷粉預(yù)先添加到纖維預(yù)制體中，然后利用聚碳硅烷溶液填補纖維預(yù)制體中的孔隙，經(jīng)過高溫裂解后制備出了C/C-SiC-ZrB2-TaC 復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，隨著 ZrB2和 TaC 陶瓷粉含量的增加，C/C-SiC-ZrB2-TaC 復(fù)合材料的彎曲強度、楊氏模量和層間剪切強度分別提高了 27%、28%和22%，在氧乙炔火焰燒蝕環(huán)境中添加 ZrB2-TaC 復(fù)合材料的燒蝕率降低了 50%以上。盧錦花等[105]將 HfC 前驅(qū)體、ZrC 前驅(qū)體和聚碳硅烷按一定比例混合后，經(jīng) 1500℃高溫裂解后制備了 C/C-SiC-HfC-ZrC 復(fù)合材料

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]C/C-ZrB2（ZrC、TaC）超高溫陶瓷基復(fù)合材料制備工藝及性能研究[D]. 楊國威.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
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本文編號：3422644