編織參數(shù)對軸編C/C復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響①

李書良，顧靖偉，李國才，史宏斌，侯 曉

(1.西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，西安 710072;2.中國航天科技集團公司四院四十一所，固體火箭發(fā)動機燃燒、結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場國防科技重點實驗室，西安 710025)

0 引言

軸編C/C復(fù)合材料是一種先進的抗燒蝕復(fù)合材料，因其力學(xué)和熱物理特性能較好地符合固體火箭發(fā)動機的熱結(jié)構(gòu)要求而成為各國發(fā)動機喉襯的首選材料。C/C復(fù)合材料成型工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，眾多學(xué)者希望通過對C/C復(fù)合材料的性能開展理論預(yù)報，從而在材料的研制初期就給出最佳的材料設(shè)計方案。多維編織C/C復(fù)合材料的熱膨脹性能是固體發(fā)動機最為重要的指標(biāo)，較低的熱膨脹系數(shù)一直是材料研究的方向。為了研究編織結(jié)構(gòu)對材料熱膨脹系數(shù)的影響，已經(jīng)有一些學(xué)者結(jié)合編織復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征，開展了熱膨脹系數(shù)的預(yù)報和優(yōu)化工作，這些工作主要涉及到預(yù)報方法和組分材料性能的確定兩方面。針對前者，劉書田等［1］采用均勻化方法解決了復(fù)合材料的熱膨脹問題。張衛(wèi)紅等［2］導(dǎo)出的基于能量法的復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)預(yù)報方法較均勻化方法更便于計算，在國內(nèi)逐步得到推廣。針對后者也開展了相應(yīng)的工作，Sakai M［3］發(fā)現(xiàn)PAN炭纖維經(jīng)過2 273 K溫度石墨化后將由(230±5)GPa增加到(350±5)GPa。Soydan Ozcan［4］的實驗表明，C/C復(fù)合材料熱處理溫度從2 073 K變化到2 673 K對纖維和基體的微結(jié)構(gòu)和模量產(chǎn)生了較大的影響。Bacon等［5］測試了單向纖維增強C/C復(fù)合材料中纖維束內(nèi)基體碳的原位彈性模量和熱膨脹系數(shù)，結(jié)果表明基體的性質(zhì)既依賴于基體的前軀體，也依賴于和基體復(fù)合的纖維。……