低密度C/C隔热材料快速低成本制备及性能研究
发布时间：2022-01-11 05:04
以轻质粘胶基碳毡为增强体,采用压力浸渍树脂/常压炭化工艺（PIC）引入树脂碳作为基体,从而制备出体密度、开孔率分别为1.05 g/cm3和35.65%的C/C隔热材料,并对材料的力学性能、热物理性能和隔热性能进行了测试分析。结果表明,室温下C/C隔热材料的水平剪切强度和弯曲强度分别为2.97 MPa和11.7 MPa,其载荷-位移曲线呈典型的"抛物线"状,表明材料的韧性较好;随着温度的升高,C/C隔热材料的比热容和热导率均逐渐增大,但后者的增幅更小,1000℃时其值仅为0.922 W/（m·K）;平均热膨胀系数则随着温度的升高呈现先升后降的趋势,RT～1000℃的平均热膨胀系数仅为1.326×10-6/℃;通过氧乙炔静态烧蚀试验测试C/C隔热材料的烧蚀隔热性能,当烧蚀面的最高温度达到2450℃时,其背面温度仅为357℃,表明材料具有良好的隔热性能。
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
C/C材料隔热性能测试装置示意图
图3为C/C隔热材料弯曲试样断口的SEM微观形貌，图3(b)为图3(a)局部放大后的形貌。可看出，碳纤维呈无序分布状态，单根或多根纤维被树脂碳所包裹，未被填充的孔洞清晰可见;有少量的纤维和纤维束发生了脱粘并拔出，树脂碳基体上出现了明显的裂纹，进一步佐证了C/C隔热材料以韧性方式断裂。图3 C/C隔热材料弯曲试样断口的微观形貌
图2 C/C隔热材料力学性能测试载荷-位移曲线对于本研究制备的低密度C/C隔热材料而言，其增强增韧主要通过纤维拔出和界面脱粘等方式实现:前者通过克服纤维和基体之间的作用力来消耗能量，达到增强的效果;后者则可有效调节材料内部应力的分布状态，缓解基体裂纹端部的应力集中，阻止裂纹向纤维增强体延伸扩展，从而避免了材料发生灾难性的脆性断裂，起到增韧效果[14]。同时，C/C隔热材料作为一类典型的复合材料，其界面结合强度影响纤维拔出和脱粘的效果以及最终材料的断裂形式，主要体现在:强界面结合使纤维脱粘和拔出的阻力增大，纤维的临界长度太短，材料的脆断倾向突出;弱界面结合中纤维易发生脱粘和拔出，材料的强度偏低;只有纤维/基体界面具有适中的结合强度时，材料才能保持较好的强度和韧性。综合图2和图3可知，本研究制备的C/C隔热材料具有适中的界面结合强度，纤维脱粘和拔出的效果适中。因此，材料保持了良好的强度和韧性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低密度烧蚀材料研究进展[J]. 程海明,洪长青,张幸红. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[2]碳/碳多孔防热复合材料压缩性能研究[J]. 张尧,卢子兴,杨振宇,张大海,师建军. 宇航材料工艺. 2017(05)
[3]新型轻质热防护复合材料的研究进展[J]. 韩杰才,洪长青,张幸红,程海明,薛华飞. 载人航天. 2015(04)
[4]高超声速飞行器隔热材料技术研究进展[J]. 李俊宁,胡子君,孙陈诚,吴文军,张宏波. 宇航材料工艺. 2011(06)
[5]轻质烧蚀材料研究综述[J]. 吴晓宏,陆小龙,李涛,易忠. 航天器环境工程. 2011(04)
[6]液相浸渍法制备针刺C/C复合材料[J]. 夏鸿雁,侯卫权,张晓虎,吴书峰. 宇航材料工艺. 2008(03)
[7]炭/炭复合材料的热物理性能[J]. 刘涛,罗瑞盈,李进松,张宏波,侯亮亮. 炭素技术. 2005(05)
博士论文
[1]超高温防/隔热材料的制备及性能研究[D]. 王晓飞.天津大学 2015
硕士论文
[1]纤维增强树脂基复合材料的微结构及隔热性能[D]. 樊璐.哈尔滨工程大学 2018
[2]轻质C/C隔热材料的制备及性能研究[D]. 贺宗晶.哈尔滨工业大学 2015
[3]新型低密度C/C隔热材料的制备研究[D]. 郭俊.中南大学 2009
本文编号：3582145
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
C/C材料隔热性能测试装置示意图
图3为C/C隔热材料弯曲试样断口的SEM微观形貌，图3(b)为图3(a)局部放大后的形貌。可看出，碳纤维呈无序分布状态，单根或多根纤维被树脂碳所包裹，未被填充的孔洞清晰可见;有少量的纤维和纤维束发生了脱粘并拔出，树脂碳基体上出现了明显的裂纹，进一步佐证了C/C隔热材料以韧性方式断裂。图3 C/C隔热材料弯曲试样断口的微观形貌
图2 C/C隔热材料力学性能测试载荷-位移曲线对于本研究制备的低密度C/C隔热材料而言，其增强增韧主要通过纤维拔出和界面脱粘等方式实现:前者通过克服纤维和基体之间的作用力来消耗能量，达到增强的效果;后者则可有效调节材料内部应力的分布状态，缓解基体裂纹端部的应力集中，阻止裂纹向纤维增强体延伸扩展，从而避免了材料发生灾难性的脆性断裂，起到增韧效果[14]。同时，C/C隔热材料作为一类典型的复合材料，其界面结合强度影响纤维拔出和脱粘的效果以及最终材料的断裂形式，主要体现在:强界面结合使纤维脱粘和拔出的阻力增大，纤维的临界长度太短，材料的脆断倾向突出;弱界面结合中纤维易发生脱粘和拔出，材料的强度偏低;只有纤维/基体界面具有适中的结合强度时，材料才能保持较好的强度和韧性。综合图2和图3可知，本研究制备的C/C隔热材料具有适中的界面结合强度，纤维脱粘和拔出的效果适中。因此，材料保持了良好的强度和韧性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低密度烧蚀材料研究进展[J]. 程海明,洪长青,张幸红. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[2]碳/碳多孔防热复合材料压缩性能研究[J]. 张尧,卢子兴,杨振宇,张大海,师建军. 宇航材料工艺. 2017(05)
[3]新型轻质热防护复合材料的研究进展[J]. 韩杰才,洪长青,张幸红,程海明,薛华飞. 载人航天. 2015(04)
[4]高超声速飞行器隔热材料技术研究进展[J]. 李俊宁,胡子君,孙陈诚,吴文军,张宏波. 宇航材料工艺. 2011(06)
[5]轻质烧蚀材料研究综述[J]. 吴晓宏,陆小龙,李涛,易忠. 航天器环境工程. 2011(04)
[6]液相浸渍法制备针刺C/C复合材料[J]. 夏鸿雁,侯卫权,张晓虎,吴书峰. 宇航材料工艺. 2008(03)
[7]炭/炭复合材料的热物理性能[J]. 刘涛,罗瑞盈,李进松,张宏波,侯亮亮. 炭素技术. 2005(05)
博士论文
[1]超高温防/隔热材料的制备及性能研究[D]. 王晓飞.天津大学 2015
硕士论文
[1]纤维增强树脂基复合材料的微结构及隔热性能[D]. 樊璐.哈尔滨工程大学 2018
[2]轻质C/C隔热材料的制备及性能研究[D]. 贺宗晶.哈尔滨工业大学 2015
[3]新型低密度C/C隔热材料的制备研究[D]. 郭俊.中南大学 2009
本文编号：3582145
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