Cf-C-SiC-MoSi2復(fù)合材料的制備及抗燒蝕性能研究.pdf

1、隨著超音速飛行器、載人飛船、火箭推進(jìn)裝置的快速發(fā)展，人們對(duì)應(yīng)用于熱防護(hù)系統(tǒng)的高溫功能材料提出了更高的要求，不僅要具有出色的絕熱性能和抗燒蝕能力，而且也要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度高。碳/碳(C/C）復(fù)合材料由于令人信服的各項(xiàng)性能完全可以勝任熱防護(hù)材料。但在高溫下的氧化會(huì)造成材料強(qiáng)度退化，因而制約了它們的應(yīng)用。目前，除了涂層法之外，向 C/C復(fù)合材料中引入耐高溫陶瓷材料也是提高其抗燒蝕、抗氧化性能的有效手段，即發(fā)展C/C-耐高溫陶瓷(C/C-UHTC

2、s）復(fù)合材料。本文采用真空抽濾滲透、水熱滲透并結(jié)合水熱碳化致密的方法制備了Cf/C-SiC-MoSi2復(fù)合材料。研究了不同方法制備的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、燒蝕性能。借助 XRD、SEM、EDS、XRF等分析測(cè)試手段對(duì)復(fù)合材料性能測(cè)試前后的組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的表征。著重分析了Cf/C-SiC-MoSi2復(fù)合材料的燒蝕行為，并研究了燒蝕機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用真空抽濾滲透結(jié)合水熱碳化方法制備的Cf/C-SiC-

3、MoSi2復(fù)合材料具有梯度結(jié)構(gòu)的特征。MoSi2在抽濾下表面含量更多，向上逐漸減少。而 SiC在整個(gè)復(fù)合材料中則是均勻分布的。復(fù)合材料的密度、熱導(dǎo)率自下而上減少，孔隙率變化趨勢(shì)相反。密度為1.72 g?cm-3的 Cf/C-SiC-MoSi2復(fù)合材料在溫度為2273 K的氧乙炔焰下，經(jīng)過30 s測(cè)試后的線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率分別為0.0051 mm?s-1、0.76 mg?s-1。另外 SiC/MoSi2質(zhì)量比對(duì) Cf/C-SiC-MoS

4、i2復(fù)合材料的性能有較大影響。SiC含量越多，復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度越高、抗燒蝕能力越強(qiáng)。因?yàn)镾iC的加入可以提高復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度，使復(fù)合材料孔隙率降低，并且還能緩解 MoSi2與碳材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹配性。燒蝕過程中， SiO2、Mo4.8Si3C0.6等氧化產(chǎn)物的生成可以有效防止基體被進(jìn)一步氧化。氣體的揮發(fā)可以帶走復(fù)合材料表面熱量，這對(duì)其燒蝕能力的增強(qiáng)也是有益的。⑵采用水熱滲透結(jié)合水熱碳化法制備的 Cf/C-SiC-MoSi2復(fù)合

5、材料結(jié)構(gòu)致密。研究發(fā)現(xiàn)，水熱滲透過程的動(dòng)力學(xué)活化能為51.3 kJ?mol-1。因?yàn)閴毫Φ脑黾涌梢允固沾深w?？朔嗟臐B透阻力，使復(fù)合材料中陶瓷成分的比例提升。因此水熱溫度越大，陶瓷分布深度越深，復(fù)合材料密度越高，孔隙率越低。水熱滲透溫度為413 K時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為58 MPa，而滲透溫度達(dá)到473 K時(shí)，彎曲強(qiáng)度增加到了111 MPa。經(jīng)過2573 K等離子火焰燒蝕60 s之后，473 K時(shí)制備的試樣質(zhì)量燒蝕率僅為2.28 m