碳-碳復合材料SiC-C-AlPO4-莫來石高溫抗氧化涂層的制備與性能研究.pdf

1、碳/碳復合材料具有許多優(yōu)異的性能，比如質量輕、良好的抗熱沖擊性和優(yōu)良的機械性能，C/C復合材料自身最大的優(yōu)勢在于其強度隨溫度的增加不降反升的性能。因此，C/C復合材料成為最有發(fā)展前途的復合材料，主要應用于航天飛行器的鼻錐和機翼前緣、盤式制動器和渦輪發(fā)動機等領域。然而C/C復合材料的氧化限制了其應用范圍，因此對C/C復合材料的防氧化保護是其高溫下應用的關鍵。研究表明，復合涂層技術被認為是在高溫下保護C/C復合材料最有效的方法。本文以高溫抗

2、氧化涂層為研究目標，采用水熱電泳沉積法分別制備了莫來石和C-AlPO4-莫來石外涂層以及采用脈沖電弧放電沉積法成功地制備了C-AlPO4外涂層，并采用XRD、SEM和氧化性能測試以及力學性能測試等分析手段對涂層的相組成、顯微結構、性能以及防氧化與失效機理進行了研究。主要研究內容與結果如下。
　　 在前期科研人員優(yōu)化工藝參數(shù)的條件下采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C試樣表面制備了莫來石外涂層。研究了莫來石/SiC復合涂層C/C試樣

3、的氧化行為。結果表明:制備的莫來石/SiC復合涂層C/C試樣在1773K的空氣氣氛中經(jīng)歷322h氧化后，單位面積的質量損失率為15.76×10-2g/cm2。莫來石/SiC復合涂層具有良好的抗熱震能力，在經(jīng)過100次熱震后質量損失百分比僅為0.386％。在穩(wěn)定氧化階段內(1573-1773K)，涂層試樣在該氧化溫度范圍內的氧化活化能為111.11KJ/mol，莫來石/SiC-C/C試樣的氧化過程是一個受氧在致密玻璃層中的擴散速率所決定的

4、過程。涂層的高溫失效是由于在高溫下長時間氧化后形成的玻璃層氣化變薄，致使在涂層表面產(chǎn)生微孔和微裂紋，最終在SiC涂層和C/C基體結合處產(chǎn)生了貫穿性的氧化孔洞導致的。
　　 采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C試樣表面制備致密性較好的C-AlPO4-莫來石外涂層。系統(tǒng)地研究了水熱電泳沉積法制各C-AlPO4-莫來石復相涂層的影響因素，系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)（懸浮液中碘含量、水熱沉積電壓、水熱沉積溫度、沉積時間、懸浮液固含量和C-AlPO

5、4和莫來石粉體的組分比）對涂層的影響規(guī)律，得出防氧化性能最佳的涂層工藝為:碘含量CI=2g/L，水熱沉積電壓U=200V，水熱沉積溫度T=393K，沉積時間t=15min，固含量Cg=20g/L，C-AlPO4和莫來石粉體質量比Cp=4/6。最佳涂層技術下制備的C-AlPO4-莫來石復相涂層，在1773K的空氣氣氛中經(jīng)歷324h氧化后，單位面積的氧化質量損失率為15.76×10-2g/cm2。高溫長時間氧化后涂層中出現(xiàn)不可愈合的孔洞等缺