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炭/炭(C/C)复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、耐高温、抗热震、抗冲击等一系列特点,便于制成大型、复杂形状的产品,应用于发动机喉衬可简化喷管设计,是目前发动机喷管喉衬的首选材料。在发动机喉衬构件的制造过程中,有时不可避免地出现一些工艺缺陷,如部分掉渣、凹坑、气泡、表观裂纹等,本文拟采用修复胶对发动机C/C复合材料喉衬构件的缺陷进行粘接修复。该体系既要保证不影响修复后构件的使用性能,又要满足修复工艺在常温下易于操作,以达到修复的低成本、高可靠性的目的。这对于提高发动机复合材料构件的使用质量,以及导弹的生存作战能力具有重要意义。
本文选择酚醛树脂(PF)作为修复胶体系的基体树脂,纳米SiO<,2>粉、石墨粉、ZrO<,2>粉、短切炭纤维作为功能性填料。通过正交设计筛选配方,以粘接剂对石墨材料的粘接强度和本体的线烧蚀率为主要依据,经综合考虑和对比研究,确定组分的最佳用量,即最佳修复胶体系配方为“PF十2﹪纳米SiO<,2>粉+1﹪石墨粉+1﹪ZrO<,2>粉+4﹪短切炭纤维”,它对石墨材料的粘接强度达到11.6MPa,粘接剞本体线烧蚀率0.058mm/s,质量烧蚀率0.0732g/s。并对人工模拟缺陷的C/C复合材料试样进行粘接修复实验,与原始性能和相同材料的某喉衬的性能指标对照。结果表明,该修复胶体系可以明显地改善含缺陷C/C复合材料的力学性能和烧蚀性能,能够起到良好的修复作用,可进一步用于真实构件的粘接修复。
本文对现有含缺陷毡基C/C复合材料喉衬坯体,采用X射线无损检测方法考察原始缺陷的发展变化。结果表明,随着致密化工艺的进行即密度的提高,外表面裂纹没有继续扩展或增加;对于内部裂纹,由于致密化前后密度改变较大,X射线照片上裂纹变化难以对照,对内部缺陷的发展趋势不便确定。建议采用其它检测方法(如CT探伤)考察内部缺陷的变化。
本文对存在的原始缺陷(主要是裂纹和凹坑)用修复胶粘接修复,进行部分性能的测试,并与某型号毡基喉衬的性能指标对照。结果表明,修复效果较为理想,所研制的修复胶满足性能要求,修复工艺简便易行,可实现对构件缺陷的粘接修复,并达到修复的低成本和高可靠性的目的。