碳-碳復(fù)合材料表面SiC-硅酸釔復(fù)合涂層制備結(jié)構(gòu)及氧化動(dòng)力學(xué)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，目前的研究結(jié)果尚達(dá)不到嚴(yán)酷環(huán)境下的應(yīng)用要求，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(zèng)_刷環(huán)境下對(duì)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(cè)試了其高溫抗氧化性能；之后重點(diǎn)研究了水熱電泳沉積硅酸釔外涂

2、層工藝因素的影響，采用XRD、SEM和氧化性能測(cè)試等分析手段研究了涂層的顯微結(jié)構(gòu)和性能，并進(jìn)行了氧化動(dòng)力學(xué)分析。主要研究?jī)?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X-射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：一次固滲后的涂層為Si-β-SiC涂層，兩次固滲后可以獲得致密

3、的Si-α-SiC-β-SiC復(fù)合涂層，涂層厚約300μm，具有致密的表面和斷面結(jié)構(gòu)，沒有開裂和孔隙等缺陷。氧化性能測(cè)試表明：在1500℃的靜態(tài)空氣氣氛下氧化200小時(shí)后，Si-α-SiC-β-SiC復(fù)合涂層能對(duì)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、電壓和時(shí)間對(duì)硅酸釔涂層顯微結(jié)構(gòu)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220V，在12

4、0℃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。硅酸釔涂層的沉積受硅酸釔帶電顆粒在懸浮液中擴(kuò)散機(jī)制所控制，涂層沉積的激活能為17.8kJ/mol。 在硅酸釔涂層表面制備了玻璃涂層。結(jié)果表明：在1500℃的靜態(tài)空氣氣氛下氧化50小時(shí)后，SiC/硅酸釔/玻璃復(fù)合涂層能對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行有效保護(hù)，涂層試樣的失重僅為3.52×10-4g.cm-2。同時(shí)涂層能在1500℃以內(nèi)的