C-C復合材料MoSi2-Cr-Si-SiC系高溫抗氧化復合涂層的研究.pdf

1、碳/碳(C/C)復合材料主要作為高溫結構材料用于航空航天領域,但是其在高溫下極易發(fā)生氧化而大大限制了材料的使用。本研究采用包埋法、氣相反應法及刷涂法分別在C/C基體上制備了SiC涂層及MoSi2-Cr-Si系涂層,并采用SEM,EDS,XRD等檢測方法對涂層結構及顯微形貌進行了表征,研究了涂層試樣的力學性能及高溫氧化性能。對制備工藝進行優(yōu)化,目的足制備能在高溫下具有長時間抗氧化防護能力的涂層。主要研究內(nèi)容及結果如下:
　　 (1

2、)系統(tǒng)研究了采用包埋法制備SiC涂層時燒結氣氛、包埋料中Si含量及基體密度對涂層的結構及性能的影響。結果表明:真空及高Si含量的包埋料有利于Si的滲入,未反應完的游離Si能填充涂層內(nèi)的孔隙和裂紋;涂層中游離Si含量越高,微裂紋及孔洞數(shù)量越少,涂層越致密,但涂層內(nèi)過多的殘留Si不利于抗氧化性能;低密度基體中滲入Si的量遠遠大于高密度基體。采用最佳工藝參數(shù),制得了抗氧化性能較佳的SiC涂層,該涂層試樣在1500℃下氧化30h,失重率為1.8

3、6％。
　　 (2)對比研究了采用化學氣相反應法及包埋法得到的SiC涂層的結構及性能。結果表明:化學氣相反應法制備的涂層呈梯度分布且與基體結合良好,表面更平整,涂層具有一定厚度且均一。但是,此方法得到的涂層性能受基體本身缺陷的影響較大,表面存在孔隙及微裂紋。
　　 (3)采用刷涂法在帶有包埋SiC涂層的C/C復合材料上制備了MoSi2-Cr-Si系涂層,研究了MoSi2含量、燒結氣氛、燒結溫度及粘結劑種類對涂層的影響。結

4、果顯示:當料漿中MoSi2含量為45％時,涂層具有最佳抗氧化性能;通過引入N2及SiO在適當?shù)臏囟认轮苽淞薓oSi2-Si2N2O-CrSi2,涂層中主晶相為MoSi2,Si2N2O,SiC,其抗氧化性能優(yōu)于無Si2N2O的MoSi2-Si-CrSi2;用MoSi2,Si,Cr為刷涂料時,采用PVA為粘結劑時其性能優(yōu)于硅溶膠。使用最佳工藝制備的SiC為內(nèi)涂層,最優(yōu)刷涂法制備的外涂層抗氧化性能佳,試樣在1500℃氧化108h后失重率為1.

5、37％。
　　 (4)初步探討了涂層處理,氧化及熱震對試樣力學性能的影響。從中發(fā)現(xiàn):涂層處理對試樣抗彎強度及斷裂方式影響較大。經(jīng)包埋處理后,試樣抗彎強度有所升高,斷裂方式為假塑性斷裂;但經(jīng)雙層涂層處理后,外涂層有效的填補了內(nèi)涂層中的微裂紋及孔隙等缺陷,試樣的有效承載面積增強,大大提高了試樣的抗彎強度,試樣斷裂方式也發(fā)生變化由假塑性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變;雙涂層試樣經(jīng)熱震處理后,失重率為1.1％,強度保持率為82.2％,涂層沒有出現(xiàn)剝