碳-碳復(fù)合材料SiC-C-AlPO4-莫來石高溫抗氧化涂層的制備與性能研究.pdf

1、碳/碳復(fù)合材料具有許多優(yōu)異的性能，比如質(zhì)量輕、良好的抗熱沖擊性和優(yōu)良的機(jī)械性能，C/C復(fù)合材料自身最大的優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)度隨溫度的增加不降反升的性能。因此，C/C復(fù)合材料成為最有發(fā)展前途的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于航天飛行器的鼻錐和機(jī)翼前緣、盤式制動(dòng)器和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。然而C/C復(fù)合材料的氧化限制了其應(yīng)用范圍，因此對(duì)C/C復(fù)合材料的防氧化保護(hù)是其高溫下應(yīng)用的關(guān)鍵。研究表明，復(fù)合涂層技術(shù)被認(rèn)為是在高溫下保護(hù)C/C復(fù)合材料最有效的方法。本文以高溫抗

2、氧化涂層為研究目標(biāo)，采用水熱電泳沉積法分別制備了莫來石和C-AlPO4-莫來石外涂層以及采用脈沖電弧放電沉積法成功地制備了C-AlPO4外涂層，并采用XRD、SEM和氧化性能測(cè)試以及力學(xué)性能測(cè)試等分析手段對(duì)涂層的相組成、顯微結(jié)構(gòu)、性能以及防氧化與失效機(jī)理進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下。
　　 在前期科研人員優(yōu)化工藝參數(shù)的條件下采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C試樣表面制備了莫來石外涂層。研究了莫來石/SiC復(fù)合涂層C/C試樣

3、的氧化行為。結(jié)果表明:制備的莫來石/SiC復(fù)合涂層C/C試樣在1773K的空氣氣氛中經(jīng)歷322h氧化后，單位面積的質(zhì)量損失率為15.76×10-2g/cm2。莫來石/SiC復(fù)合涂層具有良好的抗熱震能力，在經(jīng)過100次熱震后質(zhì)量損失百分比僅為0.386％。在穩(wěn)定氧化階段內(nèi)(1573-1773K)，涂層試樣在該氧化溫度范圍內(nèi)的氧化活化能為111.11KJ/mol，莫來石/SiC-C/C試樣的氧化過程是一個(gè)受氧在致密玻璃層中的擴(kuò)散速率所決定的

4、過程。涂層的高溫失效是由于在高溫下長時(shí)間氧化后形成的玻璃層氣化變薄，致使在涂層表面產(chǎn)生微孔和微裂紋，最終在SiC涂層和C/C基體結(jié)合處產(chǎn)生了貫穿性的氧化孔洞導(dǎo)致的。
　　 采用水熱電泳沉積法在SiC-C/C試樣表面制備致密性較好的C-AlPO4-莫來石外涂層。系統(tǒng)地研究了水熱電泳沉積法制各C-AlPO4-莫來石復(fù)相涂層的影響因素，系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)（懸浮液中碘含量、水熱沉積電壓、水熱沉積溫度、沉積時(shí)間、懸浮液固含量和C-AlPO

5、4和莫來石粉體的組分比）對(duì)涂層的影響規(guī)律，得出防氧化性能最佳的涂層工藝為:碘含量CI=2g/L，水熱沉積電壓U=200V，水熱沉積溫度T=393K，沉積時(shí)間t=15min，固含量Cg=20g/L，C-AlPO4和莫來石粉體質(zhì)量比Cp=4/6。最佳涂層技術(shù)下制備的C-AlPO4-莫來石復(fù)相涂層，在1773K的空氣氣氛中經(jīng)歷324h氧化后，單位面積的氧化質(zhì)量損失率為15.76×10-2g/cm2。高溫長時(shí)間氧化后涂層中出現(xiàn)不可愈合的孔洞等缺