混杂纤维增强瓷化复合材料性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科学技术的进步,航天产业飞速发展,对新型航天飞行器的要求越来越高。航天飞行器在出入大气层或在持续在空间飞行时,由于飞行速度很快,与空气产生剧烈摩擦,飞行器的动能会转化成空气的热能,并且使得周围空气的温度急剧升高,另外加上对流传热和微波辐射传热的影响,飞行器表面的温度会迅速升高,可高达几千摄氏度。为了保证飞行器的安全和机载设备的正常运转,必须对飞行器进行热防护。

常用于防热结构的传统复合烧蚀材料主要有碳/酚醛、c/c复合材料和陶瓷基复合材料等,但随着飞行器技术的不断改进,飞行速度越来越快,对耐烧蚀要求越来越高,普通的复合材料往往不能忍受超高温腐蚀而失效,例如,酚醛树脂基复合材料虽然有良好的耐烧蚀性并且是烧蚀防热材料中应用最广泛的一类材料,但应用中发现此类复合材料在高温气流冲刷下极易出现揭层甚至开裂等问题,严重影响了材料使用的可靠性。另外, c/c 复合材料有着众多优点,但其在 450 ℃以上的氧气气氛下易被氧化烧蚀,从而降低了材料的物理化学性能,并要满足可重复使用的有限寿命要求,故普通的 c/c复合材料已经无法满足在航空航天中的使用要求。陶瓷基复合材料的制备工艺复杂繁琐,无论是对环境还是对人体的危害都比较大且制备成本非常高、经济效益差,难以实现大规模的生产制造。

近年来,可瓷化聚合物在耐烧蚀领域越来与受关注,可陶瓷化聚合物在常温下具有与普通聚合物相同的性能,而在高温下发生裂解转化为陶瓷保护层,具有一定的强度且能承受一定的冲击力,从而保护材料内部不受大火破坏。近些年来,国内外的很多学者已对可陶瓷化聚合物材料展开研究。y.b.cheng等研究了硅树脂/云母复合体系,发现云母粒子与硅树脂裂解产物二氧化硅发生共晶反应形成共熔体,这种熔体可以渗入到基体材料中形成一个强大的陶瓷体系,并最终起到提高陶瓷强度和耐火性的作用。sheng hu等通过在硅橡胶中添加聚磷酸铵、氢氧化铝、云母等成瓷填料制备陶瓷化硅橡胶复合材料,结果表明:在1000℃以上发生陶瓷化反应生成致密的陶瓷化合物,提高了材料烧蚀后的抗弯性能。秦岩等采用酚醛树脂为基体,添加功能填料微珠、可瓷化助剂制备低密度烧蚀隔热一体化材料。结果表明,在 800℃以上可瓷化助剂与酚醛树脂开始发生了可陶瓷化反应,提高了酚醛复合材料的烧蚀和隔热性能。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

(1)混杂纤维增强可瓷化复合材料的制备:

以硼酚醛树脂为基体,添加碳化硅、氧化铝、氧化镁等陶瓷填料,设计不同种类混杂纤维增强材料,制备混杂纤维增强酚醛复合材料。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成好英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器及设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,制备混杂纤维增强酚醛树脂复合材料。

第7-10周:利用万能力学试验机、氧乙炔测试、xrd,sem,eds,tg-dsc等测试及表征技术对材料的物相,力学性能,显微结构,耐高温性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] liping bian, jiayu xiao, jingcheng zeng, suli xing, changping yin, microstructural interpretation of the ablative properties of phenolic–quartz hybrid fabric reinforced phenolic resin composites, in materials amp; design (1980-2015), volume 62, 2014, pages 424-429,

[2] mir asad mirzapour, hasan rezaei haghighat, zahra eslami. effect of zirconia on ablation mechanism of asbestos fiber/phenolic composites in oxyacetylene torch environment[j]. ceramics international, 2013.39(8): 9263-9272

[3] samire sabagh, ahmad aref azar, ahmad reza bahramian. high temperature ablation and thermo-physical properties improvement of carbon fiber reinforced composite using graphene oxide nanopowder[j]. composites part a: applied science and manufacturing, 2017.101:326-333

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