C-SiC復(fù)合材料表面莫來石與硅酸釔涂層的制備及抗氧化機(jī)制研究.pdf

1、C/SiC復(fù)合材料是目前綜合性能最好、發(fā)展與應(yīng)用最為成熟的一種連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，針對它的抗氧化技術(shù)的研究在未來很長時(shí)間內(nèi)仍舊是影響其應(yīng)用水平的重要因素。本文在綜述 C/SiC復(fù)合材料抗氧化技術(shù)進(jìn)展和硅酸釔抗氧化涂層研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以高固含量Al2O3-SiO2溶膠、Y2O3+硅樹脂泥漿為原料，分別制備莫來石和硅酸釔涂層以及二者的復(fù)合涂層的研究方案。論文研究了涂層的制備，在分析表征涂層組成、微觀結(jié)構(gòu)、抗氧化性能及其演變行

2、為的基礎(chǔ)上，探討了涂層的抗氧化機(jī)制。
　　采用高固含量 Al2O3-SiO2溶膠為原料制備了莫來石涂層，相比于從無機(jī)鹽或有機(jī)鹽出發(fā)的溶膠技術(shù)，通過浸漬提拉法可以明顯提高效率，且涂層整體致密，與基板結(jié)合良好。莫來石涂層具有優(yōu)良的抗氧化保護(hù)效果，在1400℃下氧化30 min后，復(fù)合材料的強(qiáng)度保留率仍為87.07±7.7％；當(dāng)氧化溫度升高到1500℃、1600℃時(shí)，涂層中富余 SiO2的粘性流動能夠有效封填裂紋和孔隙，使得涂層抗氧化效

3、果得到明顯提升，氧化30 min后的彎曲強(qiáng)度幾乎沒有變化，強(qiáng)度保留率分別為109.77±8.5%、98.72±2.8%。隨著氧化溫度進(jìn)一步升高或時(shí)間進(jìn)一步延長，復(fù)合材料基板中含有自由碳會與涂層中的富余 SiO2發(fā)生碳熱還原反應(yīng)，導(dǎo)致涂層局部發(fā)泡，抗氧化性能下降。
　　采用氧化釔和硅樹脂制備了硅酸釔涂層。將兩者混合后先經(jīng)800℃氧化裂解再在1400℃下熱處理能夠完全轉(zhuǎn)化成硅酸釔，通過改變兩者比例可以在 Y2Si2O7和Y2SiO5之

4、間調(diào)節(jié)涂層的相組成。通過浸漬提拉法制備出致密度高且與基體結(jié)合緊密的Y2Si2O7涂層，在氧化過程中因進(jìn)一步致密化而呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性能，經(jīng)過1400℃~1600℃氧化30min后，復(fù)合材料的強(qiáng)度保留率達(dá)到130%~140%。當(dāng)氧化溫度超過1500℃后，Y2Si2O7涂層會與氧化鋁支撐體之間發(fā)生反應(yīng)，生成低共熔點(diǎn)的Y-Si-Al-O玻璃相，導(dǎo)致涂層的氧化保護(hù)效果有所降低。
　　在單層涂層的研究基礎(chǔ)上，分別以高固含量Al2O3-Si

5、O2溶膠、Y2O3+硅樹脂泥漿為原料，制備出整體致密且與基板結(jié)合緊密的莫來石/硅酸釔復(fù)合涂層。通過復(fù)合涂層中的SiO2、Y-Si-Al-O粘流相的協(xié)同抗氧化機(jī)制，使得涂層在1400℃、1500℃下的抗氧化性能優(yōu)于單層莫來石涂層，與單層 Y2Si2O7涂層相當(dāng)，其中 YS1的強(qiáng)度保留率分別為91.92±5%、102.38±4.8%，YS2的強(qiáng)度保留率分別為127.78±5.2%、130.13±4.9%。莫來石/硅酸釔復(fù)合涂層還表現(xiàn)出優(yōu)異的