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C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的制备及性能研究

张天助  
【摘要】:为提高C/C复合材料在不同条件高温有氧环境中的抗氧化性能,本文采用刷涂法在C/C、C/C-SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层,采用化学气相沉积法(CVD)在部分涂层表面制备SiC封填层,并研究了涂层在900。C、1500℃的等温抗氧化性能以及2500℃抗烧蚀性能。主要工作及结论如下: (1)采用刷涂法在C/C基体表面制备了Zr-Si-B4C反应烧结过渡层。该涂层通过原始粉末的反应烧结生成ZrB2-SiC-ZrC,同时部分Zr、Si原子渗入基体与C发生反应,通过钉扎作用提高涂层-基体间结合强度,但该过渡层仅适用于密度为1.6g/cm3以下的C/C基体;在涂层C/C复合材料及C/C-SiC复合材料上采用刷涂法制备了ZrB2-15vt%SiC-5vt%Si3N4(ZSS).ZrB2-15%vtSiC-10vt%MoSi2(ZSM).ZrB2-15vt%-20vt%TaC(ZST)三种成分的氧阻挡层;最后采用化学气相沉积法在部分样品上制备SiC封填层。 (2)测试了各涂层在900℃及1500。C的等温抗氧化性能。C/C-SiC复合材料表面涂层在两个温度段均表现出了更好的抗氧化性能;化学气相沉积SiC封填层的制备提升了涂层在两个温度段的抗氧化性能;涂层的失效归因于频繁的热震造成贯穿性裂纹等涂层自身无法愈合缺陷的产生。 (3)利用氧乙炔焰研究了C/C-SiC复合材料表面ZrB2-SiC基陶瓷涂层的抗烧蚀性能。ZSS.ZSM.ZST三种涂层30s质量烧蚀率均为负数,其中ZSS仅为-5.08mg·s-1;烧蚀60s后ZST质量烧蚀率最低,仅为1.42mmg·s-1;在ZSS涂层上制备CVD SiC封填层效果不佳,30s质量烧蚀率增加至0.40mg·s-1,归因于SiC涂层与内涂层间结合强度较低;经分析可知,涂层不同烧蚀阶段控制机制不同,且在实际烧蚀过程中往往受热化学烧蚀和机械剥蚀综合作用;能否在涂层表面形成致密且粘度较高的熔体决定了涂层的抗烧蚀性能。图44幅,表9个,参考文献91篇


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