低密度纤维增强酚醛气凝胶的制备及结构性能研究
发布时间：2021-04-20 06:35
近些年来随着航天事业发展,卫星、飞船等各类深空探测器系统复杂程度与综合性能逐渐提高,现有的传统烧蚀防热材料在防热效率、体积密度、隔热性能等方面难以满足防热要求,这对防热材料的维形能力、轻量化、长时间服役能力提出更高要求,因此急需研制出新型轻质防热材料以适应新型热环境需求。本课题在已有低密度烧蚀材料的研究基础上,基于新型服役热环境特征,主要对材料的高温抗氧化性能进行优化,使其具备轻质、隔热、耐高温的特点,并对其微观结构、力热性能以及烧蚀性能进行分析。此外,利用COMSOL-Multiphysics仿真软件对制备的材料进行烧蚀模拟,将所得结果与烧蚀试验数据对比,得到烧蚀规律、掌握烧蚀机理,从而为预测同类型材料烧蚀热响应奠定基础。以甲基三甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷为原料、氨水作为催化剂、无水乙醇作为溶剂,基于溶胶-凝胶原理制备SiOC先驱体,将SiOC先驱体引入碳纤维毡中使其密度增加约14%。分别用含量为0%、3%、6%KH550对碳纤维表面进行改性处理,研究发现随着KH550含量增加,纤维表面SiOC先驱体粒子含量以及颗粒平均尺寸均增加。此外由TG曲线可知,当温度达到1000℃时,经过...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与目的意义
1.2 热防护系统简介
1.2.1 热防护系统
1.2.2 热防护材料简介
1.2.3 非烧蚀防热材料
1.2.4 烧蚀防热材料
1.3 低密度烧蚀材料国内外研究现状
1.3.1 蜂窝增强低密度烧蚀材料
1.3.2 纤维增强热防护材料
1.4 低密度纤维增强酚醛气凝胶烧蚀仿真简介
1.4.1 酚醛树脂的热解机制及热解动力学研究
1.4.2 烧蚀热响应模型研究
1.4.3 低密度纤维增强酚醛气凝胶烧蚀数值解法
1.5 本课题的主要研究内容
第2章 材料制备及实验方法
2.1 引言
2.2 实验原料与实验设备
2.2.1 实验原料及试剂
2.2.2 实验设备
2.3 酚醛气凝胶的制备方法
2.3.1 引言
2.3.2 溶液配制及处理
2.3.3 溶胶-凝胶反应
2.3.4 溶剂替换及干燥
2.4 分析测试方法
2.4.1 微观形貌分析（SEM）
2.4.2 力学性能分析
2.4.3 热重分析（TG-DSC）
2.4.4 傅立叶红外光谱分析（FTIR）
2.4.5 物相分析（XRD）
2.4.6 拉曼光谱分析（Raman）
2.4.7 烧蚀性能分析
第3章 改性碳纤维毡制备及性能表征
3.1 引言
3.2 SiOC改性碳纤维毡制备及性能分析
3.2.1 SiOC先驱体制备
3.2.2 改性碳纤维毡制备
3.2.3 改性碳纤维毡微观结构
3.2.4 改性碳纤维毡热物理性能
2改性碳纤维毡制备及性能分析"> 3.3 TiO2改性碳纤维毡制备及性能分析
2陶瓷粒子制备"> 3.3.1 TiO2陶瓷粒子制备
3.3.2 改性碳纤维毡制备
3.3.3 改性碳纤维毡微观结构及成分分析
3.4 本章小结
第4章 纤维增强酚醛气凝胶复合材料制备及性能表征
4.1 引言
4.2 CF/SiOC/PR复合材料制备及结构性能分析
4.2.1 CF/SiOC/PR复合材料制备
4.2.2 CF/SiOC/PR复合材料微观形貌
4.2.3 CF/SiOC/PR复合材料力学性能
2/PR复合材料制备及结构性能分析"> 4.3 CF/TiO2/PR复合材料制备及结构性能分析
2/PR复合材料制备"> 4.3.1 CF/TiO2/PR复合材料制备
2/PR复合材料微观形貌"> 4.3.2 CF/TiO2/PR复合材料微观形貌
2/PR复合材料力学性能"> 4.3.3 CF/TiO2/PR复合材料力学性能
4.4 本章小结
第5章 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀性能和数值仿真
5.1 引言
5.2 烧蚀材料的烧蚀过程及烧蚀机理分析
5.2.1 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀过程及现象
5.2.2 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀过程温度变化
5.2.3 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀前后形貌分析
5.2.4 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀前后成分分析
5.2.5 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀机理分析
5.3 烧蚀材料的数学模型建立
5.3.1 酚醛树脂热解动力学模型分析
5.3.2 体积烧蚀控制方程的建立
5.3.3 表面烧蚀控制方程的建立
5.4 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀热响应的数值仿真求解
5.4.1 仿真结果与误差
5.4.2 温度场分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]酚醛树脂热解产物高温燃烧详细化学反应机理简化[J]. 王丽燕,王振峰,陈伟华,檀妹静,袁野,纪兵兵. 南京航空航天大学学报. 2020(01)
[2]低密度树脂基防热材料研究进展[J]. 朱召贤,朱小飞,黄洪勇,龙东辉. 中国材料进展. 2019(11)
[3]返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势[J]. 解维华,韩国凯,孟松鹤,杨强,金华. 航空学报. 2019(08)
[4]航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状[J]. 邢亚娟,孙波,高坤,王振河,杨毅. 宇航材料工艺. 2018(04)
[5]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)
[6]未来的深空探测与空间环境模拟[J]. 焦维新. 航天器环境工程. 2018(02)
[7]热防护用轻质烧蚀材料现状与发展[J]. 薛华飞,姚秀荣,程海明,张幸红,刘兆晶. 哈尔滨理工大学学报. 2017(01)
[8]PICA中的酚醛树脂热分解机理[J]. 柳云钊,师建军,王筠,冯志海,杨云华. 宇航材料工艺. 2016(06)
[9]PICA-X的制备及其炭化前后性能研究[J]. 贾献峰,王际童,龙东辉,乔文明,凌立成. 宇航材料工艺. 2016(06)
[10]高超声速飞行器控制面热防护技术跟踪研究[J]. 王立研,王菁华,李军,杨炳尉,陈浩. 宇航材料工艺. 2016(01)
博士论文
[1]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]低密度纤维增强硅改性纳米酚醛泡沫的制备与性能优化[D]. 孟智超.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于工程算法的材料烧蚀数值仿真[D]. 杨丰.南京理工大学 2017
本文编号：3149172
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与目的意义
1.2 热防护系统简介
1.2.1 热防护系统
1.2.2 热防护材料简介
1.2.3 非烧蚀防热材料
1.2.4 烧蚀防热材料
1.3 低密度烧蚀材料国内外研究现状
1.3.1 蜂窝增强低密度烧蚀材料
1.3.2 纤维增强热防护材料
1.4 低密度纤维增强酚醛气凝胶烧蚀仿真简介
1.4.1 酚醛树脂的热解机制及热解动力学研究
1.4.2 烧蚀热响应模型研究
1.4.3 低密度纤维增强酚醛气凝胶烧蚀数值解法
1.5 本课题的主要研究内容
第2章 材料制备及实验方法
2.1 引言
2.2 实验原料与实验设备
2.2.1 实验原料及试剂
2.2.2 实验设备
2.3 酚醛气凝胶的制备方法
2.3.1 引言
2.3.2 溶液配制及处理
2.3.3 溶胶-凝胶反应
2.3.4 溶剂替换及干燥
2.4 分析测试方法
2.4.1 微观形貌分析（SEM）
2.4.2 力学性能分析
2.4.3 热重分析（TG-DSC）
2.4.4 傅立叶红外光谱分析（FTIR）
2.4.5 物相分析（XRD）
2.4.6 拉曼光谱分析（Raman）
2.4.7 烧蚀性能分析
第3章 改性碳纤维毡制备及性能表征
3.1 引言
3.2 SiOC改性碳纤维毡制备及性能分析
3.2.1 SiOC先驱体制备
3.2.2 改性碳纤维毡制备
3.2.3 改性碳纤维毡微观结构
3.2.4 改性碳纤维毡热物理性能
2改性碳纤维毡制备及性能分析"> 3.3 TiO2改性碳纤维毡制备及性能分析
2陶瓷粒子制备"> 3.3.1 TiO2陶瓷粒子制备
3.3.2 改性碳纤维毡制备
3.3.3 改性碳纤维毡微观结构及成分分析
3.4 本章小结
第4章 纤维增强酚醛气凝胶复合材料制备及性能表征
4.1 引言
4.2 CF/SiOC/PR复合材料制备及结构性能分析
4.2.1 CF/SiOC/PR复合材料制备
4.2.2 CF/SiOC/PR复合材料微观形貌
4.2.3 CF/SiOC/PR复合材料力学性能
2/PR复合材料制备及结构性能分析"> 4.3 CF/TiO2/PR复合材料制备及结构性能分析
2/PR复合材料制备"> 4.3.1 CF/TiO2/PR复合材料制备
2/PR复合材料微观形貌"> 4.3.2 CF/TiO2/PR复合材料微观形貌
2/PR复合材料力学性能"> 4.3.3 CF/TiO2/PR复合材料力学性能
4.4 本章小结
第5章 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀性能和数值仿真
5.1 引言
5.2 烧蚀材料的烧蚀过程及烧蚀机理分析
5.2.1 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀过程及现象
5.2.2 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀过程温度变化
5.2.3 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀前后形貌分析
5.2.4 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀前后成分分析
5.2.5 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀机理分析
5.3 烧蚀材料的数学模型建立
5.3.1 酚醛树脂热解动力学模型分析
5.3.2 体积烧蚀控制方程的建立
5.3.3 表面烧蚀控制方程的建立
5.4 CF/SiOC/PR复合材料烧蚀热响应的数值仿真求解
5.4.1 仿真结果与误差
5.4.2 温度场分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]酚醛树脂热解产物高温燃烧详细化学反应机理简化[J]. 王丽燕,王振峰,陈伟华,檀妹静,袁野,纪兵兵. 南京航空航天大学学报. 2020(01)
[2]低密度树脂基防热材料研究进展[J]. 朱召贤,朱小飞,黄洪勇,龙东辉. 中国材料进展. 2019(11)
[3]返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势[J]. 解维华,韩国凯,孟松鹤,杨强,金华. 航空学报. 2019(08)
[4]航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状[J]. 邢亚娟,孙波,高坤,王振河,杨毅. 宇航材料工艺. 2018(04)
[5]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)
[6]未来的深空探测与空间环境模拟[J]. 焦维新. 航天器环境工程. 2018(02)
[7]热防护用轻质烧蚀材料现状与发展[J]. 薛华飞,姚秀荣,程海明,张幸红,刘兆晶. 哈尔滨理工大学学报. 2017(01)
[8]PICA中的酚醛树脂热分解机理[J]. 柳云钊,师建军,王筠,冯志海,杨云华. 宇航材料工艺. 2016(06)
[9]PICA-X的制备及其炭化前后性能研究[J]. 贾献峰,王际童,龙东辉,乔文明,凌立成. 宇航材料工艺. 2016(06)
[10]高超声速飞行器控制面热防护技术跟踪研究[J]. 王立研,王菁华,李军,杨炳尉,陈浩. 宇航材料工艺. 2016(01)
博士论文
[1]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]低密度纤维增强硅改性纳米酚醛泡沫的制备与性能优化[D]. 孟智超.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于工程算法的材料烧蚀数值仿真[D]. 杨丰.南京理工大学 2017
本文编号：3149172
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3149172.html
