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CVD B_xC涂层的微观结构、沉积特性、晶化及氧化行为

曾斌  
【摘要】: 连续纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)在高于450℃的氧化环境中,会因纤维和热解碳界面层的氧化而缩短使用寿命。化学气相沉积/渗透(CVD/CVI)制备的B_xC涂层/基体能在600-1000℃的氧化气氛中生成液态的氧化物,填封陶瓷基复合材料的裂纹和孔隙,对材料起到很好的抗氧化保护作用。 本文以CVD B_xC涂层为研究对象,通过对不同沉积工艺条件下制备的B_xC涂层进行微结构分析,建立了沉积参数与产物微观结构、物相组成之间的关系;探索了CVD B_xC的沉积机理;考查了CVD B_xC沉积产物的晶化及氧化行为。主要研究内容及结果如下: 1、研究了CVD B_xC的微观结构和物相组成。通过不同工艺条件下制备的B_xC涂层的微观分析发现,CVD B_xC的微观结构主要有两种:一种表面呈砖块堆积状形貌,B含量高,基本不含游离碳,具有一定的结晶度;另一种表面呈菜花状形貌,B含量低,含有游离碳,涂层为非晶涂层。 2、研究了沉积参数与沉积产物微观结构、物相组成之间的关系及CVD B_xC的沉积机理。通过对B_xC涂层的微结构分析得到:沉积温度、BCl_3/CH_4流量比能影响沉积产物的微观结构或物相组成,而H_2/CH_4流量比对沉积产物的影响不明显;CVD B_xC可以通过两种不同的机理过程进行沉积。 3、研究了CVD B_xC涂层的晶化及氧化行为。涂层在:1600-2000℃,氩气;400℃、700℃、1000℃、1200℃,干氧;700℃、1000℃、1200℃,湿氧;模拟服役环境,四种环境中进行处理,处理后的微观分析结果表明:在高温惰性环境中,涂层内部会生成B_4C晶粒和石墨碳,并且随温度升高,晶粒长大,碳元素石墨化加剧;在干氧和湿氧环境中,涂层能在1000℃以下的温度范围内对基体材料起到抗氧化保护作用,尤其在700℃(中等温度)时具有良好的自愈合能力;在模拟服役环境中,CVD B_xC涂层内部可能产生微观应力,形成微裂纹。


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