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空天飞行器的再入服役环境十分苛刻,要求热防护系统具有优异的高温抗氧化性能和良好的力学性能。C/SiC复合材料作为一种新型的热结构材料,可以很好地满足空天飞行器高温热防护系统的使用要求。 本文对空天飞行器热防护材料的结构与力学性能进行了分析,研究了两种不同的连接方法——螺接和铆接,得到以下结论: (1)反应熔体浸渗工艺制备2DC/SiC复合材料的突出优点是成本低。材料的致密度很高,密度为2.31g/cm~3,开气孔率为1.39%。垂直与平行于碳布方向的压缩强度值相当,分别为418MPa和409MPa,材料失效主要由基体的压剪组合破坏情况决定,表现为剪切型破坏形式。RMI工艺制备的2DC/SiC复合材料具有高的层间剪切强度(43MPa),明显高于CVI工艺制备的2D C/SiC复合材料的层间剪切强度(29MPa)。 (2)CVI工艺制备三维针刺C/SiC复合材料致密度比较低,密度为1.90g/cm~3,开气孔率为16.09%。沿垂直和平行铺层方向加载的弯曲强度差别比较大,分别为206MPa和287MPa。沿垂直和平行铺层方向加载的压缩强度相当,强度值分别为147MPa和153MPa,材料破坏与无纬布和胎网的层间性能密切相关。材料的层间剪切强度为27MPa,垂直无纬布和胎网铺层的纤维束避免了材料的层间开裂现象。 (3)提出了一种C/SiC复合材料螺栓螺母的低成本制造方法。采用CVI工艺制备出三维针刺C/SiC复合材料螺栓螺母M8,螺纹结构完整性好,并将该方法申请专利(已受理)。螺栓在螺纹靠近光杆处被拉断为理想的破坏模式,其拉伸强度均值为108MPa,螺母完好无损。 (4)对同一外形尺寸不同孔径的带孔板及铆钉填充板进行性能测试。发现随着孔径的增大(从φ2.5mm增大到φ6mm),带孔板的拉伸强度明显降低(从173MPa降低到119MPa)。铆钉填充板的拉伸强度大于同孔径的带孔板的拉伸强度,其最大值为176MPa(销钉直径为4.5mm)。铆钉的填充在一定程度上减西北工业大学工学硕士学位论文小了开孔处的应力集中,起到了增强的作用。 (5)对孔径为必3.4mm的铆接板进行拉伸性能测试,研究结果表明严格控制搭接面的缝隙,可以确保siC陶瓷基体的填充效果,有效提高铆接板的搭接面间的结合强度,进而提高铆接板的抗拉伸破坏能力。关键词C/siC复合材料;构件;制备:力学性能