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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
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