碳-碳復(fù)合材料SiC-C-AIPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層的制備與性能研究.pdf

1、碳/碳復(fù)合材料(C/C)是優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)材料，具有高的熱導(dǎo)率、良好的抗熱震性能、低密度及較好的力學(xué)性能，其突出的優(yōu)勢在于其強(qiáng)度隨溫度的升高而有所提高。因此，C/C復(fù)合材料主要作為耐高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于航空航天器發(fā)動機(jī)及組件等領(lǐng)域。但是，在超過723K的有氧環(huán)境下C/C復(fù)合材料就會被氧化，力學(xué)性能也隨之下降，限制了其廣泛應(yīng)用于高溫有氧的嚴(yán)酷環(huán)境中。因此為了充分利用其優(yōu)異的性能，重點是解決C/C復(fù)合材料的高溫氧化問題。本論文的研究目標(biāo)是以復(fù)合

2、氧化防護(hù)涂層為研究主線，采用脈沖電弧放電沉積法分別成功制備了C-AlPO4和AlPO4-SiCn-MoSi2外涂層，復(fù)合涂層的晶相組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能分別采用XRD、SEM和氧化性能測試以及力學(xué)性能測試等表征方法進(jìn)行測試分析，同時對涂層試樣的氧化過程和最終的氧化失效機(jī)理進(jìn)行分析，最后研究涂層試樣的氧化動力學(xué)。通過以上的研究，可以得出如下結(jié)果:
　　采用脈沖電弧放電沉積法在SiC-C/C試樣表面上制備了均勻致密的C-AlPO4外涂層

3、。系統(tǒng)地研究了脈沖電弧放電沉積法制備C-AlPO4外涂層的工藝因素（脈沖電壓、脈沖頻率、脈沖占空比、水熱溫度、沉積時間）對涂層的影響規(guī)律，獲得最佳抗氧化性能的涂層工藝參數(shù)為:脈沖電壓為400V，脈沖頻率為2000Hz，脈沖占空比為70％，水熱溫度為373K，沉積時間為15min碘含量為1g/L，懸浮液的濃度為20g/L。優(yōu)化工藝參數(shù)下所制備的C-AlPO4/SiC-C/C涂層試樣，在1773K的靜態(tài)空氣中氧化160h后，涂層試樣單位面積

4、的氧化失重為1.82×10-3g·cm-2，對應(yīng)的平均氧化失重速率為1.14×10-5g·cm-2·h-1?？箯潖?qiáng)度從88.09MPa降為83.25MPa，相應(yīng)保留原始抗彎強(qiáng)度的90.19％;同時，試樣在1873K的靜態(tài)空氣條件下氧化100h后，復(fù)合涂層氧化失重百分比為1.8％。
　　進(jìn)一步詳細(xì)地分析了最佳工藝參數(shù)下所制備的C-AlPO4/SiC-C/C涂層試樣的氧化過程，同時對涂層試樣的氧化動力學(xué)進(jìn)行研究。結(jié)果表明:涂層試樣在氧

5、化平穩(wěn)階段的溫度范圍內(nèi)(1573-1773K)氧化激活能為119.2kJ/mol，高溫下氧氣在光滑致密玻璃層中的擴(kuò)散滲透控制了復(fù)合涂層試樣的氧化過程。最終涂層的氧化失效是由于玻璃層在長時間高溫氧化過程的流失產(chǎn)生不可愈合的氧化孔洞、裂紋等缺陷，從而使得氧氣迅速進(jìn)入C/C基體并與其反應(yīng)所導(dǎo)致的。
　　探索采用脈沖電弧放電沉積法沉積在SiC-C/C復(fù)合材料表面上制備了AlPO4-SiCn-MoSi2外涂層。計算了脈沖電弧放電沉積法制備A