Cf-SiC陶瓷基復(fù)合材料的抗氧化涂層制備與性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(Cf/SiC)具有低密度、高模量、高強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、耐腐蝕性等一系列優(yōu)異性能,在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但由于碳纖維在高于400℃的有氧氣氛中會(huì)快速氧化,導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降甚至失效,大大限制了其在高溫氧化條件下的應(yīng)用,因此探索抗氧化涂層對(duì)推進(jìn)Cf/SiC在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。
  本論文將酚醛樹(shù)脂分別與B4C、B4C-50wt%SiC、石墨粉混合均勻,配制成料漿,借助旋涂法使其均

2、勻涂覆于Cf/SiC復(fù)合材料基體表面,經(jīng)固化、裂解,制備預(yù)涂層;對(duì)預(yù)涂層高溫熔滲含鋯量分別為10wt%和26.5wt%的兩種Si-Zr混合粉末,制備超高溫抗氧化陶瓷涂層;測(cè)試氧乙炔焰燒蝕試樣的質(zhì)量燒蝕率及彎曲強(qiáng)度保留率,利用X射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線(xiàn)能譜儀對(duì)燒蝕前后涂層試樣進(jìn)行表征分析,探究涂層的組織結(jié)構(gòu)以及抗燒蝕機(jī)理。
  論文主要結(jié)論如下:
  (1)添加粉末僅為B4C時(shí)的預(yù)涂層平整致密,熔滲

3、反應(yīng)后涂層厚度為33-52μm,涂層成分均勻;添加粉末為B4C-50wt%SiC時(shí),預(yù)涂層邊緣處出現(xiàn)微裂紋,熔滲后涂層致密度降低,以上兩種體系均形成ZrB2-SiC-ZrC三元相,整體表現(xiàn)為連續(xù)的SiC區(qū)域中有ZrB2和ZrC混合相夾雜,同時(shí)部分ZrB2和ZrC混合區(qū)域中也存在SiC顆粒夾雜相;添加粉末為石墨時(shí),熔滲反應(yīng)后涂層厚度不足20μm,表面存在明顯裂紋,形成SiC-ZrC二元相,且SiC與ZrC相互夾雜,均勻分布。
  (

4、2)采用中心溫度約2300℃的氧乙炔焰對(duì)涂層進(jìn)行60s的燒蝕測(cè)試結(jié)果顯示,當(dāng)添加粉末僅為B4C時(shí)涂層抗燒蝕性較好,當(dāng)B4C含量由30wt%增至50wt%時(shí),質(zhì)量燒蝕率逐漸降低,抗彎強(qiáng)度成增大趨勢(shì),且鋯含量為26.5wt%的涂層抗燒蝕效果較10wt%的更佳,即添加50wt%B4C并以Si-26.5wt%Zr混合粉末(簡(jiǎn)稱(chēng)B50Z26)進(jìn)行熔滲制備的涂層具有最佳的抗燒蝕性能,其質(zhì)量燒蝕率和強(qiáng)度保留率分別為0.97×10-4g/s和67.98

5、%。
  (3)對(duì)以B50Z26組分制備的抗氧化涂層進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果如下:涂層由外到內(nèi)分別為氧化物層、輕微氧化層。燒蝕中心區(qū)域溫度最高,氧化產(chǎn)物B2O3的劇烈揮發(fā),使得涂層呈現(xiàn)疏松多孔形貌,部分區(qū)域涂層在強(qiáng)大的機(jī)械沖刷下發(fā)生剝落;燒蝕過(guò)渡區(qū)域溫度降低,機(jī)械沖刷減弱,涂層整體保持較完整,涂層表面覆蓋SiC-SiO2混合相,阻止Cf/SiC基體進(jìn)一步氧化;燒蝕邊緣區(qū)域,溫度最低,燒蝕最輕,與燒蝕中心相比,此區(qū)域ZrO2含量減少,

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