碳-碳復(fù)合材料抗氧化SiC基復(fù)合涂層制備及性能研究.pdf

1、碳/碳（C/C）復(fù)合材料是一種能在超高溫條件下工作的高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。防氧化是碳/碳復(fù)合材料在高溫有氧氣氛下應(yīng)用的前提條件，到目前為止作為航空關(guān)鍵部位的熱結(jié)構(gòu)材料的長時間防氧化問題并未取得突破性進(jìn)展。碳/碳復(fù)合材料高溫抗氧化涂層下一階段將重點(diǎn)解決室溫至1700℃全溫度段和高溫燃?xì)飧咚贈_刷環(huán)境下對碳/碳復(fù)合材料的氧化保護(hù)問題。本文先是進(jìn)一步優(yōu)化了包埋法制備SiC內(nèi)涂層的工藝配方，并測試了其高溫抗氧化性能；之后

2、重點(diǎn)研究了水熱電泳沉積硅酸釔、二硅化鉬和納米碳化硅外涂層的工藝因素，采用XRD、SEM和抗氧化性能等測試分析手段對涂層的顯微結(jié)構(gòu)和抗氧化性能進(jìn)行了研究。并采用水熱電泳沉積法制備了納米碳化硅-二硅化鉬復(fù)合外涂層，對其高溫氧化性能及失效機(jī)理進(jìn)行了分析。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 以硅粉、石墨粉為包埋原料及MgO、Al2O3和B2O3等為促滲劑，采用二次固滲工藝在C/C復(fù)合材料表面制備了Si-α-SiC-β-SiC復(fù)合涂層。并采用

3、X-射線衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）對復(fù)合涂層進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：兩次固滲后可以獲得致密的Si-α-SiC-β-SiC復(fù)合涂層，涂層厚約250μm，具有致密的表面和斷面結(jié)構(gòu)，但表面有微裂紋存在。氧化性能測試表明：在1500℃的靜態(tài)空氣氣氛下氧化200小時，Si-α-SiC-β-SiC復(fù)合涂層能對C/C復(fù)合材料進(jìn)行有效保護(hù)，涂層試樣的失重僅為4.42×10-4g.cm-2。
　　 研究了水熱電泳沉積溫度對硅酸釔涂層顯

4、微結(jié)構(gòu)及抗氧化性能的影響，調(diào)整硅酸釔懸浮液濃度為20g/L，碘含量為0.6g/L，電壓為210V，在120℃溫度下水熱電泳沉積15min后，可以在C/C-SiC基體表面獲得均勻致密、厚度為100μm的硅酸釔涂層；涂層體系可在1500℃的靜態(tài)氧化環(huán)境下有效保護(hù)C/C復(fù)合材料35h，氧化失重僅為0.32×10-3g/c㎡。
　　 研究了水熱電泳沉積溫度和電壓分別對二硅化鉬涂層顯微結(jié)構(gòu)的影響。涂層的致密程度和厚度隨著水熱溫度的升高和沉

5、積電壓的提高均有所增加。制備的MoSi2/SiC涂層體系可在1500℃和1600℃靜態(tài)空氣氣氛中分別對C/C復(fù)合材料有效保護(hù)202h和48h，氧化失重分別為0.93％和2.61％。涂層C/C的氧化失重主要原因是由于在高溫?zé)嵴疬^程中涂層中產(chǎn)生了貫穿性裂紋，在熱震的間隙由于氧氣通過缺陷滲入而氧化基體，氧化產(chǎn)生的氣體使得表面玻璃涂層出現(xiàn)了氣體逸出的孔隙，孔隙的增大導(dǎo)致了涂層無法自愈合最終使得涂層失效。
　　 研究了水熱電泳沉積溫度和電

6、壓分別對納米碳化硅外涂層顯微結(jié)構(gòu)及抗氧化性能的影響，調(diào)整納米碳化硅懸浮液濃度為7g/L，碘含量為0.6g/L，電壓為210V，在120℃溫度下水熱電泳沉積15min后，可以在C/C-SiC基體表面獲得均勻致密、厚度為100μm左右的納米碳化硅涂層。制備的多層涂層體系可在1500℃和1600℃靜態(tài)空氣氣氛中對C/C復(fù)合材料有效保護(hù)202h和64h，氧化失重分別為0.79％和1.3％。SiCn/SiC涂層體系在1300℃～1500℃均可有效