碳-碳復合材料SiCn-MoSi2-SiC復合抗氧化涂層的制備及性能研究.pdf

1、C/C復合材料具有一系列優(yōu)異性能,是目前極少數可在2000℃以上保持較好力學性能的材料,被廣泛用于航空和航天技術領域。但是,C/C復合材料在溫度超過500℃的氧化氣氛下迅速氧化,這大大限制了其應用,因此C/C復合材料的氧化保護問題成為了近年來的研究熱點之一。研究表明,高溫長壽命防氧化必須依賴于表面涂層技術,特別是多層復合涂層技術。然而,目前的涂層制備要么在高溫下進行,要么需要較高的后處理溫度,這會在一定程度上損傷C/C復合材料,降低材料

2、的力學性能。因此,本研究以納米碳化硅和微米二硅化鉬為原料,采用水熱電泳沉積法克服了上述現有技術的缺點在低溫下于包埋法預先制備了SiC內涂層的C/C復合材料表面制備SiCn-MoSi2復合外涂層。借助X射線衍射儀(XRD)和帶能譜的掃描電鏡(SEM+EDS)等分析手段研究了工藝因素對涂層物相組成和顯微結構及抗氧化性能的影響,并分析了復合抗氧化涂層的高溫氧化失效機理。主要研究內容和成果如下:
　　 以硅粉、石墨粉為包埋原料及Al2O

3、3和B2O3等為促滲劑,利用二次包埋法在C/C復合材料表面制備了SiC內涂層。結果表明:固滲法制備的SiC內涂層由Si、α-SiC和β-SiC三相組成,涂層表面存在明顯的微裂紋;帶有SiC涂層的C/C復合材料的抗氧化能力明顯提高,SiC-C/C涂層試樣在1500℃下氧化34小時后單位面積的氧化失重達5.8×10-3g/cm2,試樣失效;這主要是由于涂層氧化后產生的SiO和CO氣體逸出,在涂層表面形成了難以愈合的孔隙所造成的。
　　

4、 采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C試樣表面制備SiCn-MoSi2復相外涂層?？疾炝薙iCn-MoSi2粉體在有機懸浮液中的分散穩(wěn)定性,其懸浮液在異丙醇中的分散穩(wěn)定性最好。懸浮液中MoSi2含量對SiCn-MoSi2復相外涂的顯微結構和高溫抗氧化性能有著有較大的影響,結果表明,當懸浮液中MoSi2含量為60wt％的時,制備的復合涂層試樣具有最佳的高溫抗氧化性能。重點研究了制備工藝參數(懸浮液碘含量、沉積電壓、水熱溫度、沉積時間等)對

5、SiCn-MoSi2復相外涂層物相組成、顯微結構和抗氧化性能的影響,優(yōu)化工藝參數為懸浮液含碘濃度CI=0.6g/L,沉積電壓U=180V,水熱溫度T=140℃及時間t=10min。SiCn-MoSi2/SiC復合涂層具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能,可在1500℃下的靜態(tài)空氣中保護C/C基體346小時后,單位面積的氧化失重率僅為3.72×10-3g/cm2,復合涂層試樣在1600℃下靜態(tài)氧化80小時后,質量損失為3.6×10-3g/cm2。Si

6、Cn-MoSi2/SiC復合涂層具有優(yōu)異的抗熱震能力,在經過80次1500℃與室溫間的熱震循環(huán)后失效,復合涂層的失效是由于試樣在多次熱循環(huán)后形成了貫穿性裂紋所致。
　　 最后嘗試采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C復合材料表面制備致密而且無裂紋的MoSi2抗氧化涂層。所制備的MoSi2/SiC涂層具有優(yōu)異的氧化保護能力,可在1500℃下保護C/C復合材料長達346h失重為2.49×10-3g/cm2。動力學研究表明,在穩(wěn)定氧化階段