编织参数对轴编C/C复合材料热膨胀系数的影响①

李书良，顾靖伟，李国才，史宏斌，侯 晓

(1.西北工业大学航天学院，西安 710072;2.中国航天科技集团公司四院四十一所，固体火箭发动机燃烧、结构与内流场国防科技重点实验室，西安 710025)

0 引言

轴编C/C复合材料是一种先进的抗烧蚀复合材料，因其力学和热物理特性能较好地符合固体火箭发动机的热结构要求而成为各国发动机喉衬的首选材料。C/C复合材料成型工艺复杂，生产成本高，众多学者希望通过对C/C复合材料的性能开展理论预报，从而在材料的研制初期就给出最佳的材料设计方案。多维编织C/C复合材料的热膨胀性能是固体发动机最为重要的指标，较低的热膨胀系数一直是材料研究的方向。为了研究编织结构对材料热膨胀系数的影响，已经有一些学者结合编织复合材料的结构特征，开展了热膨胀系数的预报和优化工作，这些工作主要涉及到预报方法和组分材料性能的确定两方面。针对前者，刘书田等［1］采用均匀化方法解决了复合材料的热膨胀问题。张卫红等［2］导出的基于能量法的复合材料热膨胀系数预报方法较均匀化方法更便于计算，在国内逐步得到推广。针对后者也开展了相应的工作，Sakai M［3］发现PAN炭纤维经过2 273 K温度石墨化后将由(230±5)GPa增加到(350±5)GPa。Soydan Ozcan［4］的实验表明，C/C复合材料热处理温度从2 073 K变化到2 673 K对纤维和基体的微结构和模量产生了较大的影响。Bacon等［5］测试了单向纤维增强C/C复合材料中纤维束内基体碳的原位弹性模量和热膨胀系数，结果表明基体的性质既依赖于基体的前躯体，也依赖于和基体复合的纤维。……