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c/c复合材料在特种行业领域的应用 -凯时手机娱乐app下载

作者:管理员
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  c/c复合材料是继天然材料、合成材料之后发展起来的新一代材料,它是由两种或两种以上不同性质的单一材料通过不同的复合方法得到的宏观多相材料,在特种行业领域具有不可替代的地位。自1958年c/c复合材料诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件等。

1.先进飞行器上的应用

导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞行器头部受到强激波,对头部产生很大的压力,其最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形和选材,能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%~10%左右。

对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境中烧蚀量低,且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。三维编织的c/c复合材料,其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由-160℃至气动加热至1700 ℃时的热冲击要求,可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏;其低密度可提高导弹弹头射程,已在很多战略导弹弹头上得到应用。

除了导弹的再入鼻锥,c/c复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。


2.固体火箭发动机喷管上的应用

c/c复合材料自上世纪70年代首次作为固体火箭发动机(srm)喉衬飞行成功以来,极大地推动了srm喷管材料的发展。采用c/c复合材料的喉衬、扩张段、延伸出口锥 ,具有极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓,可提高喷管效率1%~3%,即可大大提高了srm的比冲。喉衬部一般采用多维编织的高密度沥青基c/c复合材料 ,增强体多为整体针刺碳毡、多向编织等,并在表面涂覆sic以提高抗氧化性和抗冲蚀能力。

美国在此方面的应用有:

①“民兵2ⅲ”导弹发动机第三级的喷管喉衬材料;

②“北极星”a27发动机喷管的收敛段;

③mx 导弹第三级发动机的可延伸出口锥(三维编织薄壁c/c复合材料制品)。俄罗斯用在潜地导弹发动机的喷管延伸锥(三维编织薄壁c/c复合材料制品)。

3.刹车领域的应用

c/c复合材料刹车盘的实验性研究于上世纪1973年第一次用于飞机刹车。目前,一半以上的c/c复合材料用作飞机刹车装置。高性能刹车材料要求高比热容、高熔点以及高温下的强度,c/c复合材料正好适应了这一要求,制作的飞机刹车盘重量轻、耐温高、比热容比钢高2.5倍;同金属刹车相比,可节省40%的结构重量。碳刹车盘的使用寿命是金属基的5~7倍,刹车力矩平稳,刹车时噪声小,因此碳刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的一次重大的技术进步。
目前法国欧洲动力、碳工业等公司已批量生产c/c复合材料刹车片,英国邓禄普公司也已大量生产c/c复合材料刹车片,用于赛车、火车和战斗机的刹车材料。

4.c/c复合材料用作高温结构材料

由于c/c复合材料的高温力学性能,使之有可能成为工作温度达 1500~1700 ℃的航空发动机的理想材料,有着潜在的发展前景。

5.涡轮发动机

c/c复合材料在涡轮机及燃气系统(已成功地用于燃烧室、导管、阀门) 中的静止件和转动件方面有着潜在的应用前景,例如用于叶片和活塞,可明显减轻重量,提高燃烧室的温度,大幅度提高热效率。

6.内燃发动机

c/c复合材料因其密度低、优异的摩擦性能、热膨胀率低 ,从而有利于控制活塞与汽缸之间的空隙,目前正在研究开发用其制活塞。

c/c复合材料发展至今已有50多年的历史了,自从1958年美国空军材料实验室工作人员由于固化树脂基复合材料不慎,温度失控制备出c/c复合材料之后,几十年来,c/c复合材料取得迅速发展。1965年出现了化学气象沉积(chemical vapor deposition 缩写cvd)c/c复合材料,当时称之为rpg,即增强热解石墨的意思。而热解石墨早在1880年由sawyer制造出来了,开始人们只能用它作为灯丝和碳膜电阻。到了上世纪60年代由于军备竞赛日趋严重,热解石墨才被考虑用于固体火箭喷管和导弹再入热防护。然而,由于热解石墨是层状结构,内应力非常大,很难制成完整部件,在航天应用中屡遭失败。1965年出现的rpg不仅解决了热解石墨固有的一些缺点也给新的航天事业带来了黎明的曙光,由美国超高温公司sandia实验室制备的rpg端头体1970年两次经过再入飞行试验。1973年由于美国空军和海军的介入,从此c/c复合材料走向了十分保密的阶段。但是,资料已透漏,c/c复合材料作为飞机刹车片1972年已获得巨大成功。


c/c复合材料已是中国航天工业、汽车工业乃至其他应用领域转型升级的必然之选。


                                                                                                                   来源:中国碳谷网


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