炭炭allt2gtolt3gt双向梯度功能复合材料研究

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1、西北工业大学工学硕十学位论文摘要针对固体火箭发动机(SRM)喷管内表面耐烧蚀、外表面防热的要求，研制一种既耐烧蚀、又具有良好强韧性及热防护功能的炭/炭/陶瓷双向梯度多功能复合材料，以取代目前所用的炭/酚醛树脂抗烧蚀层及炭/高硅氧酚醛防热层，并可简化发动机的结构，提高发动机的可靠性。采用热梯度化学气相沉积工艺，使炭组分具有一定梯度，然后用耐高温、低导热的无机胶进行真空一压力浸渍、高温烧结，最终制得炭/炭/陶瓷双向梯度多功能复合材料。通过胶液筛选实验，确定了所用A1203陶瓷浸渍剂的最优配方。在陶瓷浸渍剂中加入少量的Z

2、r02，可降低材料的导热性能。并研究了Zr0:含量对材料性能的影响，确定了胶液配方中Zr02最佳含量。通过对沉积炭的工艺控制及A1203陶瓷浸渍实验的研究，最终制得外表面导热系数50.902W/(m-K)(8000C)、内表面线烧蚀率为0.018mm/s,强度达70MPa的炭/炭/陶瓷(C/C/A1203)双向梯度多功能复合材料。提出了两种改善界面的方法，即炭纤维表面涂层处理和基体改性。通过实验和性能测试，炭纤维表面经Sic涂层处理后，微观上涂层界面结合良好，宏观上材料强度得到提高。利用ZrO:的相变和微裂纹机理分

3、析了A1203陶瓷增韧的机理。通过优化实验，认为添加1%的Zr02，材料压缩强度值提高了近40%，导热系数降低至簇0.902W/(m-K)(8000C)，且界面结合情况明显改善。对炭/炭/陶瓷复合材料的烧蚀和防热机理进行了分析，对烧蚀率进行了理论计算，并比较烧蚀率计算结果和试验结果，两者吻合较好。关键词:功能梯度，烧蚀，防热，炭/炭/陶瓷复合材料西北下业大学工学硕士学位论文ABSTRACTAnewlowdensitycarbon/carbon/ceramicfunctionallygradientcomposite

4、whichassociateswithexcellentthermalprotectionandablationresistancepropertieswasinvestigated.Itcanmeettherequirementsoferosionresistanceatinnercontourandthermalprotectionatoutercontourofthesolidrocketmotor(SRM)nozzle.Itcansubstituteforthecarbon/phenolicablation

5、resisitentlayerandthecarbon/silicathermalprotectionlayer.ItcansimplifytheSRMnozzlestructureandimproveitsreliabilityatthesametimeInprocessing,firstly,performsweredensifiedwithcarbonmatrixbythermalgradientCVDmethodandgraphitized,thusthecarbonmatrixgradientcouldb

6、eformed.Andthenimpregnatedatvaccumandpressurewithinorganicsolglue,finallysintereditathightemperature.sotheA1203ceramicmatrixgradientcouldbeformedautomatically.ThreetypeA1203glueswerestudiedbyexperimentsandthemostfrtableA1203gluewasselected.AddingZr02powderinth

7、isglue,itcoulddecreasethethermalconductivityrate.Throughexperiments,theefectofdiferentcontentsofZrO2powderonthepropertiesofthematerialwasstudied.Resultsshowthatthethermalconductivitycoefficientoftheexteriorsurfaceofthec/c/A1203compositematerialis0.902W/(m-K)(8

8、000C)andlinearerosionrateofitsinteriorsurfaceis0.018mm/s,compressivestrengthofthematerialis70MPa.Experimentsinvestigatedtheinterfacebetweencarbonfiber(CF)andA1203ceramicmatrixbyadd