酚醛树脂基梯度热防护复合材料工艺性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1目的及意义

目前国内外绝大多数采用酚醛树脂、有机硅树脂作为航天器、导弹热防护复合材料的树脂基体。但随着航空航天、武器及装备的发展,材料的使用条件日趋苛刻、日渐复杂,传统上广泛使用的酚醛树脂类材料已不能满足新型导弹、飞行器防热材料的要求。为制得性能优良的烧蚀材料,进一步提高耐热性能和耐烧蚀性能,国内外对树脂基热防护材料进行了大量的研究工作,其中通过树脂改性或选择优异性能的树脂基体,通过合理设计,使树脂基体材料在使用过程中原位生成耐高温、抗氧化的陶瓷类物质而赋予材料优异的热防护性能成为具有发展潜力的研究方向。

树脂基材料在高温环境中使用时原位生成的陶瓷主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。陶瓷类材料由于具有高比强,高比模、高可靠、耐高温和抗烧蚀等优异性能,从而达到热防护的效果。

对于加入陶瓷粉改性后的热防护材料,虽然其热防护能力有了一定的提升,但是其也存在着密度较大,材料的导热系数较大等一系列问题。这对于飞行器来说减小了其在高空环境中的飞行距离。因此,对热防护材料进行进一步的性能优化,对其进行梯度设计是一种有效的方法。随着陶瓷粉的含量降低,材料导热系数逐渐降低,因此梯度热防护材料的导热系数减小,材料外侧陶瓷粉含量较高,在烧蚀过程中形成致密的氧化膜,阻止了氧气的进入,内侧材料陶瓷粉含量逐渐降低,导热系数降低,起到了隔热的作用。同时梯度材料减少了陶瓷粉的添加含量,这样材料的密度大大降低。因此,对热防护材料进行梯度设计,是为了保证材料热防护性能的同时,减小其密度,延长飞行器在高空中的工作时间和飞行距离。

酚醛树脂基梯度热防护复合材料是利用硼酚醛、陶瓷粉、增强纤维复合而成的一种梯度防热材料,其在高温条件下生成的陶瓷可以有效地隔绝热量,其外表层层为抗烧蚀、抗剪切的紧密结构材料,有效地阻止烧蚀对材料结构的破坏,中间为缓变过渡区,避免材料结构性能出现较大的跳跃,内层为低密度、低热导率的疏松隔热材料,有效地阻止了热量的向内传递,同时有效地降低了材料的密度。该类材料质轻,防热性能良好,使得飞行器在恶劣的条件下可以工作更久,满足了航空航天领域新的发展需求。

1.2国内外研究现状

功能梯度材料设计思想是由日本材料学家于 1986年首先提出的。

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