碳／碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

碳/碳复合材料磷酸铝抗氧化涂层的制备及研究王琪摘要综述了国内外碳/碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展, 介绍了磷酸盐涂层体系的抗氧化原理、制备方法及研究现状，并对其在823K～1223K各温度段氧化后进行氧化烧蚀实验，借助扫描电镜研究了氧化程度碳/碳复合材料的组织形貌。

实验结果表明：在恒定温度条件下，随着氧化时间的延长，样品的烧蚀率是逐渐增大的；在恒定时间条件下，随着氧化温度的升高，样品的烧蚀率和氧化速率是逐渐增大的。

关键词：碳/碳复合材料；磷酸盐涂层；氧化CARBON/CARBON COMPOSITES AGAINST OXIDATION COATING OF ALUMINUM PHOSPHATE PREPARATION AND RESEARCHWANGQi（Department of Chem. & Chem. Eng., Baoji University of Arts & Sciences, Baoji Shaanxi 721013）AbstractThe domestic and international carbon / carbon composites Phosphate Coating on anti-oxidation, phosphate coatings described antioxidant systems theory, methods of preparation and research status, and the temperature at 823K ~ 1223K section of the oxidation after the ablation experiment, using scanning electron microscopy study of the oxidation of carbon / carbon composite material microstructure. The results showed that: At constant temperature conditions, with the oxidation time, the sample ablation rate is gradually increased; in constant time conditions, with the oxidation temperature, the samples of the ablation rate and oxidation rate is gradually increasing。

碳/石英防热复合材料质量烧蚀率的数学模型构建作者：高艺来源：《粘接》2021年第02期摘要：碳/石英防热复合材料是一种性能优异的材料，在飞行器中具有重要作用。

文章构建了碳/石英防热复合材料质量烧蚀率的数学模型，该模型中包含热流、焓值和压力这3个参数。

通过使用管状电弧加热器完成实验，获取相关信息数据，然后使用回归分析方法构建数学模型。

为了验证模型的有效性，对其进行变量间相关性检验、拟合优度检验、回归模型显著性检验和回归系数显著性检验。

研究结果表明碳/石英防热复合材料质量烧蚀率的数学模型具有很好的拟合程度。

关键词：碳/石英防热复合材料;质量烧蚀率;数学模型中图分类号：C45;V258 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）02-0076-04如今，在很多高科技中需要需要使用到性能更好的复合材料，比如先进飞行器、航空航天等中对复合材料的耐烧蚀、耐高温性更加重视。

碳/石英防热复合材料正好具有非常好的抗烧蚀、耐高温等性能，能够很多领域中发挥重要作用。

图1即为碳/石英防热复合材料的微观形貌。

碳纤维和石英这两种材料在性能和制造工艺上匹配性良好，能够提高复合材料的力学性能、抗震性能、防热性能等，且在飞行器中具有深入的应用。

由于我国对碳/石英防热复合材料在不同热环境条件下的烧蚀性能研究较少，所以文章将对其质量烧蚀率进行研究，构建数学模型，从而能够反映出碳/石英防热复合材料的烧蚀性能。

1实验过程1.1实验模型和仪器实验需要的设备有红外测温仪、管状电弧加热器等。

实验所需的模型是碳，石英防热复合材料制成的驻点模型，该模型的高在30～40mm之间，直径在25～30mm之间。

实验过程中需要对驻点的表明温度进行测量，使用到的仪器为红外测温仪。

1.2实验方案首先将模型的轴线安装在管状电弧加热器的中心线上，如图2所示所示的实验装置示意图，然后在安装过程中为了保证模型烧灼均匀，需要将模型截面平行于喷灌口截面。

然后再根据图2所示的安装位置将红外测温度仪安装在电弧加热器上。

第52卷第9期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 9 2023年9月 Liaoning Chemical Industry September，2023基金项目： 沈阳市科技局双百项目（项目编号：Y18-1-018）。

收稿日期： 2022-09-24碳纤维复合材料在不同温度下的性能差异张宋茂苗1，张罡2，赵平1，时卓3（1. 沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110000；2. 沈阳理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110000；3. 辽宁省轻工科学研究院有限公司，辽宁 沈阳 110000）摘 要：碳纤维复合材料越来越多地被应用在各个领域。

随着使用的范围越来越广，环境因素逐渐成为各行各业关注的对象。

因此，在设计中需要更多地考虑到环境对于材料耐久性使用的问题。

并且，随着人们对安全性能的要求越来越高，需要对碳纤维复合材料在不同温度下的工作状态、损伤特性有一个清晰的认知。

介绍了碳纤维树脂基材料在不同温度下比较典型的破坏模式以及失效机理，重点介绍了环氧树脂、碳纤维、碳纤维复合材料在不同温度下的破坏方式以及改进方式。

关 键 词：碳纤维复合材料；环氧树脂；碳纤维；温度中图分类号：TB332 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）09-1365-05碳纤维复合材料最早应用于航空航天领域，其发展一直受航空航天驱动[1]。

由于碳纤维复合材料具有优异的机械、物理和化学性能的独特组合，如高强度、高模量、耐热性和高强度重量比，碳纤维被广泛应用于汽车能源系统、燃料电池、低温传感器系统、海上深海钻井平台以及抗静电和电磁屏蔽记忆材料[3,6-7,48]。

但是当碳纤维复合材料在使用时遭遇恶劣的环境条件时，如温度的大幅度变化，仅靠材料自身的结构无法应对，因此，碳纤维复合材料会在环境暴露下表现出一定程度的性能退化，从而缩短预期寿命[2-3]。

传统上，将高聚物的老化分为两大类：物理老化和化学老化。

图2 柔性连接体柔性连接器安装弹线定位：根据设计图纸确定线槽走向，从始端至终端弹出线槽边缘线，并根据伸缩缝长度标记出螺栓孔位置。

螺栓孔钻孔：采用φ10钻头进行钻孔，并清理孔内灰层。

柔性连接器安装：橡胶片切割时，应沿凸起线切割，两侧长度应距离伸缩缝边缘不小于胶片边缘应超出扣压钢环片边缘不小于10mm，橡胶片与生产中代替了部分金属材料，成为提升国民经济与国防虽然国产碳纤维生产发展迅速，式中，Zij是表示横坐标为轴坐标，Nx、Ny为X轴和Y式中，τ界载荷，r是碳纤维半径；dF800-1（左）F800-2（中）F800-3（右）图1 CCF800碳纤维表面形貌图129中国设备工程 2023.05 （下）F800-1F800-2F800-3图2 CCF800三维形貌图与二维轮廓图进一步对试验数据进行分析计算，得到每组碳纤维样品表面粗糙度Ra，见表1。

可以发现，3种碳纤维表面平均粗糙度相差较大，CCF800-3碳纤维表面平均粗糙度最大，为30.32Ra/nm，这将有利于其在形成界面时产生的机械啮合作用；CCF800-2碳纤维表面平均粗糙度次之，为25.80Ra/nm；而CCF800-1具有最小的平均粗糙度，为21.10Ra/nm。

表1 碳纤维表面粗糙度碳纤维粗糙度（Ra/nm）CCF800-121.10±2.21CCF800-225.80±2.45CCF800-330.32±5.16从计算结果可以看出，碳纤维的表面粗糙度与在SEM、AFM中观测到的形貌具有较高的一致性，可以相互佐证。

另一方面，3种国产CCF800表面形貌的区别表现在沟槽数量与深浅两个方面。

通过对表面粗糙度的计算，实现了对碳纤维表面形貌进行定量分析。

3.3 单纤维/树脂微球复合材料微观界面性能实验结果在微脱粘实验树脂微球从纤维上剥落的过程中，可以得到单纤维/树脂微球复合材料体系的最大剥脱力F，并通过公式（2）进行计算，得到3种不同国产CCF800a.剥脱前（左）b.剥脱后（右）图3 树脂微球剥脱前后与纤维的结合形态表2 碳纤维增强树脂基复合材料的微观界面剪切强度碳纤维编号界面剪切强度离散系数τ/MPa CV/% CCF800-162.4711.40CCF800-265.1812.93CCF800-368.9812.37。

C／C-Z rC复合材料抗烧蚀性能研究李翠艳;畅丽媛;曹丽云;费杰;孔新刚【期刊名称】《陕西科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)005【摘要】本文采用微波水热技术在碳纤维预制体中原位合成ZrO2，经热梯度化学气相渗透致密化和高温石墨化处理，制备了C／C‐ZrC复合材料．利用氧乙炔焰测试C／C‐ZrC复合材料的抗烧蚀性能，研究了ZrC含量对复合材料抗烧蚀性能的影响规律；借助XRD、SEM 等测试手段分析复合材料烧蚀前后的物相及微观结构．研究结果表明：C／C复合材料内的ZrO2经碳热还原反应后转变为亚微米级ZrC颗粒，可弥散分布在基体碳中．当ZrC含量为7．33 w t％时，复合材料呈现出最低的烧蚀率，相比 C／C 复合材料，线烧蚀率和质量烧蚀率分别降低了27．1％和37．9％．当Z rC含量为8．92 w t％时，复合材料中裂纹的增加是烧蚀性能降低的主要原因．裂纹不仅提供了氧扩散通道加速碳的氧化，而且裂纹的增加降低了复合材料的导热系数，使复合材料在烧蚀过程具有较高的表面温度以加速复合材料的烧蚀．%The C/C‐ZrC composites were prepared by the following process .First ,zirconia was introduced into the carbon fiber preforms by a microwave‐hydrothermal reaction .And then , the C/C‐ZrC composites were desified by thermal gradient chemical vapor infiltration .The ablation property of the composites was performed with an oxyacetylene torch .The effect of the addition of ZrC on the ablation resistance of the composites was studied .The phase and microstructure of the composites were analyzed by XRD and SEM .Results show that the ZrO2 in the compositeswas fully converted into submicrometer ZrC by a carbothermal reduc‐tion reaction of ZrO2 with pyrocarbon .The ZrC grain is uniformly embedded in the carbon matrix .The C/C composites containing 7 .33 wt% ZrC exhibit the best ablation resistance . Compared with the C/C composites ,the linear and mass ablation rate was reduced by 27 .1%and 27 .1% respectively .The decrease in the ablation resistance of the composites is attribu‐ted to the increasing number of cra cks in the composites ,when the ZrC content is 8 .92 wt% .Oxidation is accelerated by the cracks in the composites as they enable the oxidizing agent todiffuse .Furthermore ,cracks can reduce the thermal conductivity of the composites ,which re‐sults in a n increase in ablation temperature and acceleration of ablation .【总页数】6页(P60-65)【作者】李翠艳;畅丽媛;曹丽云;费杰;孔新刚【作者单位】陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710021;陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710021;陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710021;陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710021;陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.难熔金属浸渗复合材料力学性能和抗烧蚀性能研究 [J], 张保红;林冰涛;唐亮亮2.聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC-SiC复合材料的氧化行为及抗烧蚀性能研究 [J], 庄磊;付前刚;李贺军;张佳平3.基体改性C／C-HfC-HfB2-SiC复合材料抗烧蚀性能研究 [J], 孟祥利;崔红;闫联生;张强;宋麦丽;朱阳4.颗粒冲蚀对注射法制备C/C-ZrC-SiC复合材料抗烧蚀性能的影响研究 [J], 刘天宇; 付前刚; 程春玉5.C/YAG复合材料的抗烧蚀性能研究 [J], 单柏荣; 马青松; 曾宽宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。