整个方案的实施线路如下:制备浙青炭基体烧蚀试样(P)制备热解炭基体烧蚀试样(PY)分成‘两组+―测量开孔率―电弧驻点烧蚀试验gAcm3以上的烧蚀材料,因此所制备出的/C材料有可以模拟材料工作时的真实烧蚀环境可根据需首先制备出密度达1.8Cg/cm3以上的三种具有不同炭基体(沥青炭、热解炭以及热解炭与树脂炭混合的双炭基体)的C/C烧蚀试样,然后将开孔率较高的浙青炭基体C/C试样分成两组,一组不作任何处理,另一组进行封孔处理。
制成经封孔处理的浙青炭基体C/C试样(PF)然后将它们与另外两组烧蚀试样一起,在相同的烧蚀条件下进行电弧驻点烧蚀表电孤驻点烧蚀实验的条件参数参数项目参数值驻点压力:焓值:热流:烧蚀时间:实验设备中的自动送进系统自动补偿材料烧蚀面的烧蚀后退位移,使试样烧蚀面与燃气喷嘴距离保持一个恒定距离。红外测温系统实测表明试样烧蚀面上的温度超过30.烧蚀试样尺寸为015< 45,燃气沿试样轴向冲刷,亦即预制体的层间Z向此外,还对这四种C/C复合材料的密度、开孔率、石墨化度、压缩强度、电阻率、线性热膨胀系数等基本性能参数都进行了系统的测试。
烧蚀实验结果及讨论四种烧蚀材料的烧蚀率及其相关的材料参数平均值见从中我们可以明显看出,无论是线烧蚀率还是质量烧蚀率,本实验中的混合基体炭试样都是最低的,其抗烧蚀性能最好。而热解炭基体试样在密度低于浙青炭基体试样5%的情况下的线烧蚀率仍比浙青炭基体试样低14%,较之浙青炭基体试样,其抗烧蚀性能更好。综合比较和,石墨化度最高的混合炭基体试样表现出的抗烧蚀性能最好;热解炭基体试样虽然石墨化度最低,但在本次实验中,它的抗烧蚀性能次于混合炭基体,而高于浙青炭基体试样;浙青炭基体试样经封孔处理后,虽然材料密度和石墨化度都略有增加,但其线烧蚀率却降低了约1秘,说明减小材料的开孔率可以有效地提高材料的抗烧蚀性能在对材料的电阻率、压缩强度导热系数及线膨胀率等基本参数的比较中,我们发现石墨化度是C/C复合材料各项性能参数的重要影响因素是三种不同基体炭材料C/C材料的横、轴两向电阻率化度越,C/C材料的电阻率越低,即导电性越好。
三种材料压缩强度的比较如,中显示热解炭基体试样的轴向压缩强度最为突出,约为另两种C/C材料的两倍f口材料荦度钱炫独事mm/s口质烧蚀gA比较这三种材料的导热系数及线膨胀率,也都显示出这样一个规律,即石墨化度高的混合炭基体试样的导热系数最高,线膨胀率最低,而石墨化度最低的热解炭基体试样的导热系数最低,线膨胀率最高炭材料的各项性能指标与材料内部石墨片层结构的完善程度密切相关,而石墨化度正是这种完善程度的表征几种不同炭基体材料的横、轴两向性能差值是不同的由于所有C/C试样的预制体相同,因此材料横、轴两向性能差值的不同,反映的是不同基体炭中片层结构取向度的不同。基体炭片层结构沿纤维轴向的取向度越高,材料横、轴两向的性能差值也越大从-可以明显看出,无论是导电系数、压缩强度、导热系数还是线膨胀率,浙青炭基体C/C材料横、轴两方向上的值都是最接近的,即性能差值最小。这说明三种材料中,浙青炭基体的片层结构取向度最小,而含有热解炭“包鞘”结构的热解炭和混合炭基体的片层取向度都较高。
挥C/C材料的抗烧蚀性能而在热解炭包鞘结构之间的孔隙中,再引入气密性好的树脂炭基体,则既发挥了热解炭包鞘结构保护纤维好的优势,又克服了热解炭基体C/C材料内部孔隙率高的缺陷,这应该是混合炭基体C/C材料抗蚀性能好的主要结构因素浙青炭基体片层结构中存在的微裂纹不利于材料抗烧蚀性能的发挥,在高温燃气的烧蚀及机械剥蚀作用下,这些裂纹被扩张和放大了和0显示浙青炭基体的片层结构是POG和TOG的混合构型形式浙青基体炭片层的这种混合界面构型,取向度低,这与4.1节中浙青炭基体片层结构取向度低的结论相吻合。这种取向度低的混合界面构型,不能在烧蚀作用下有效地保护纤维,和10中显示原本圆形截面的炭纤维被烧成了“腰果”形,烧蚀表面上的横向炭纤维周围,浙青炭基体基本全部被烧蚀掉,而使得纤维几乎完全裸露经封孔处理的浙青炭基体试样与未处理的试样相比,两者烧蚀面的显微形貌区别不大但封孔处理有效地降低了材料的线烧蚀率大量指出:C/C材料作为喷管材料的烧蚀主要由两种综合作用决定,即30%的化学作用和70%的物理作甩当温度较高时,化学反应速度较高,相对来说扩散速率较低,烧蚀主要受扩散速率控制,这种情况被称之为烧蚀的扩散控制机制。中国科大出版社,2000,1.陈华辉等-现代复合材料。中国物资出版社,1998.361-382崔红。多元基体抗烧蚀C/C复合材料的研究。西北工业大学博士论文,2000,86.邹林华等。C/C复合材料石墨化度的研究李崇俊等-炭炭复合材料石墨化度的表征。对四种材料烧蚀面的纤维观察显示:热解炭基体Graphite,平行纤维轴向)“包鞘,结构⑴,如所示。这种”包鞘“结构可以有效地保护纤维。