碳-碳復合材料硅酸鐿涂層的制備及性能研究.pdf

1、碳/碳(C/C)復合材料具有低密度、高比強度、高比模量、抗熱震、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能，因此被廣泛用于航空航天、軍事等領域。但是在400℃有氧環(huán)境下， C/C復合材料會發(fā)生氧化，從而限制了它的應用。抗氧化涂層是解決這類問題的一種有效方法，目前抗氧化涂層主要以硅基涂層為主，而一些高溫結構件也以硅基陶瓷為主。它們在高溫干燥環(huán)境下能夠形成一層致密的SiO2薄膜，從而提高材料的抗氧化性能。但是在高溫水蒸氣沖刷條件下，SiO2會跟水蒸氣發(fā)生反應，

2、生成結構疏松的Si(OH)4，這種物質(zhì)很容易剝落，從而使基體直接與外界環(huán)境接觸，引起材料失效。熱障/環(huán)障涂層可以阻止或減弱外界惡劣環(huán)境對材料的氧化和腐蝕，早先的一些熱障/環(huán)障涂層體系，如莫來石、YSZ(Y2O3穩(wěn)定 ZrO2）涂層、BSAS涂層，因為一些不可避免的問題而不能有效解決這類問題。相比之下，稀土硅酸鹽，如 Yb2Si2O7、Y2Si2O7、Lu2Si2O7等，具有低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性、良好的耐水蒸氣腐蝕性

3、。Yb2Si2O7耐水蒸氣腐蝕性最好，因此可用作熱障/環(huán)障涂層材料。
　　本文采用熔鹽法成功制備了單相硅酸鐿粉體，通過 TG-DSC研究了凝膠與凝膠熔鹽混合物的熱歷史，通過 FI-IR和 XPS分析了熔鹽法制備的硅酸鐿的紅外光譜和元素價態(tài)，比較了溶膠凝膠法和熔鹽法制備 Yb2Si2O7的熱導率。進一步探究了不同熔鹽種類、熱處理溫度、反應原料配比對制備硅酸鐿的影響，并通過 XRD、SEM、TEM對粉體的晶相組成、微觀形貌進行表征。用

4、熱浸漬法制備了β-Yb2Si2O7涂層，對涂層的晶相組成、微觀形貌和結構采用 SEM和EDS進行了分析測試，并測試了涂層的抗氧化性能。采用不同的方法制備硅酸鐿，水熱法制備不出單相的硅酸鐿，溶膠凝膠法在1200℃下制備出單相β-Yb2Si2O7粉末，顆粒尺寸大約在50-500 nm。采用熔鹽法在700℃下熱處理3 h就能得到單相β-Yb2Si2O7粉末，顆粒尺寸在50-200 nm。比較溶膠凝膠法和熔鹽法制備的β-Yb2Si2O7熱導率，

5、熔鹽法制備的β-Yb2Si2O7具有較低的熱導率，在1773 K處的熱導率為2.16 W/(m·K)-1。通過改變?nèi)埯}種類、熱處理溫度、反應原料摩爾比，探究產(chǎn)物的物相組成和微觀形貌。不同熔鹽種類對制備產(chǎn)物的相組成有很大影響。在900℃下熱處理3 h，采用 NaCl-KCl和 Na2SO4作為熔鹽時,無法制備出單一物相的硅酸鐿。以 Na2MoO4作為熔鹽時，不同的熱處理溫度均可以制備出單相的 Yb2Si2O7，但是不同的熱處理溫度會影響

6、Yb2Si2O7的形貌。800℃下可以制備出直徑為50-200 nm，長徑比為10-30的晶須狀 Yb2Si2O7。隨著熱處理溫度升高，晶須狀Yb2Si2O7逐漸變?yōu)轭w粒狀 Yb2Si2O7?？刂品磻夏柋瓤梢愿淖儺a(chǎn)物的物相組成。采用 Na2MoO4為熔鹽，控制熱處理溫度為800℃，熱處理時間為3 h，反應原料摩爾比為1:1時可以合成出單一相的晶須狀 Yb2Si2O7。反應原料摩爾比為1:0.8時可以合成出單一相的顆粒狀 Yb2Si