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原子氧辐照碳/酚醛复合材料的表面形貌及其演变机理研究

詹茂盛 , 郭丹丹 , 王凯

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2012.4.012

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜( SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为.结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和.究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合“掏蚀”模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—0—C=0和—C =0基团.

关键词: 碳/酚醛复合材料 , 原子氧 , 剥蚀 , 机理

防热复合材料发展与展望

李仲平

复合材料学报

以烧蚀型防热复合材料、非(微)烧蚀型防热复合材料,高温高效隔热复合材料以及高温透波复合材料为重点,简要总结了国内外防热复合材料发展现状,介绍了我国重点领域的突破与进展,并展望了未来防热复合材料的发展趋势.

关键词: 防热复合材料 , 碳/酚醛复合材料 , 碳/碳复合材料 , 高温高效隔热复合材料 , 高温透波复合材料

碳/酚醛复合材料烧蚀行为预报方法

朱燕伟 , 孟松鹤 , 易法军 , 赵小光 , 潘威振

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.002

为研究用于钝头体高超声速飞行器热防护系统的碳/酚醛复合材料在典型服役环境下的烧蚀机制,首先,建立了烧蚀行为的数学模型,模型考虑了材料表面热辐射、固体相的温升吸热、基体热解反应吸热、高温热解气体引射、质量引射引起“热阻塞”效应、热解气体的温升和膨胀吸热等多种能量耗散机制,并利用有限元方法实现了数学模型的求解;然后,预报了在冷壁热流为400 kW·m-2、焓值为5 MJ·kg-1的气动热环境下碳/酚醛复合材料的烧蚀行为。结果表明:在受热过程中,厚度为20 mm的碳/酚醛复合材料碳化层的深度持续增加,100 s 时的表面温度达到1420 K,背壁温度为346 K,热解气体压力达10.3 atm,碳化层深度为7.50 mm。所得结论可为具有长时间大面积热防护需求的高超声速飞行器的热防护系统设计提供支持。

关键词: 碳/酚醛复合材料 , 热防护 , 多物理场 , 烧蚀行为 , 有限元方法

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