PIP及RMI工藝制備耐燒蝕炭-炭復(fù)合材料及其性能研究.pdf

1、隨著固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、高超聲速飛行器等技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)極端苛刻的超高溫工作環(huán)境下耐燒蝕材料的需求極為迫切。本文提出以炭/炭復(fù)合材料為基礎(chǔ)材料，采用先驅(qū)體浸漬裂解法基體改性技術(shù)，以及首次將先驅(qū)體浸漬裂解法基體改性技術(shù)與反應(yīng)熔融滲透法表面涂層技術(shù)相結(jié)合，制備了C/C-ZrC、C/C-ZrC-SiC、SiC涂層C/C-ZrC、SiC涂層C/C-ZrC-SiC四種不同體系的耐燒蝕炭/炭復(fù)合材料。采用等離子體焰對(duì)上述四種耐燒蝕炭/炭復(fù)合

2、材料進(jìn)行耐燒蝕性能考核，并對(duì)所制備材料燒蝕前后的宏觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)、物相組成及元素分布等做了較為系統(tǒng)的研究工作，探討了復(fù)合材料高溫下耐燒蝕防護(hù)機(jī)制。本工作的研究成果如下:
　　(1)采用DSC-TGA、FTIR、XRD以及SEM等現(xiàn)代分析手段，研究了實(shí)驗(yàn)室自主合成的有機(jī)鋯先驅(qū)體(POZ)以及有機(jī)鋯先驅(qū)體-聚碳硅烷(POZ-PCS)的高溫裂解行為。結(jié)果顯示:POZ分子內(nèi)有機(jī)基團(tuán)在300℃開(kāi)始脫落、裂解，當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時(shí)，經(jīng)裂解

3、、碳熱還原所得產(chǎn)物以碳化鋯為主，當(dāng)最終溫度升高至2000℃時(shí)，產(chǎn)物為結(jié)晶性良好的碳化鋯;先驅(qū)體POZ-PCS在900℃前基本完成無(wú)機(jī)化過(guò)程，當(dāng)裂解溫度升高至1400℃時(shí)，生成結(jié)晶性能較好的碳化硅和碳化鋯復(fù)合陶瓷。
　　(2)以POZ為先驅(qū)體通過(guò)PIP法基體改性技術(shù)制備了C/C-ZrC復(fù)合材料。該復(fù)合材料出現(xiàn)了一層由碳化鋯陶瓷顆粒富集而成的外層結(jié)構(gòu)，材料基體內(nèi)部孔隙由碳化鋯陶瓷小顆粒廣泛填充，形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為致密的碳化鋯陶瓷改性C/

4、C復(fù)合材料。C/C-ZrC復(fù)合材料在等離子體焰燒蝕試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出了一定的耐燒蝕性能，其質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率分別為0.023 g/s和0.0091 mm/s。
　　(3)以POZ-PCS為先驅(qū)體通過(guò)PIP基體改性技術(shù)制備了C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料。該復(fù)合材料表面出現(xiàn)了一層由碳化鋯和游離碳顆粒組成的外層結(jié)構(gòu)，材料基體內(nèi)部孔隙由碳化鋯和碳化硅陶瓷小顆粒廣泛填充，形成致密的碳化鋯-碳化硅陶瓷陶瓷改性C/C復(fù)合材料。與C/C-ZrC

5、復(fù)合材料相比，C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料在等離子體焰燒蝕試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出了較佳的燒蝕性能，其質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率分別為0.0092 g/s和0.0068 mm/s。
　　(4)在PIP基體改性技術(shù)制備C/C-ZrC復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合RMI表面涂層技術(shù)，成功制備了SiC涂層C/C-ZrC復(fù)合材料。該復(fù)合材料表面形成了一層由結(jié)晶性良好的碳化硅陶瓷和較少量硅鋯共熔相組成的致密的外層結(jié)構(gòu)，材料基體內(nèi)部孔隙由碳化鋯陶瓷小顆粒廣泛填充

6、，形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為致密的SiC涂層、ZrC基體改性C/C復(fù)合材料。SiC涂層C/C-ZrC復(fù)合材料在等離子體焰燒蝕試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的耐燒蝕性能，其質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率分別為0.0027g/s和0.0043 mm/s。
　　(5)在PIP基體改性技術(shù)制備C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合RMI表面涂層技術(shù)，成功制備了SiC涂層C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料。材料表面出現(xiàn)了一層由結(jié)晶性良好的碳化硅和較少量碳化鋯陶瓷組成