鋯基高溫防護涂層材料的制備工藝及性能研究.pdf

1、ZrB2由于其內(nèi)部原子之間由強共價鍵相連,具有較高的熔點、優(yōu)異的熱導率、良好的導電性、較強的耐腐蝕性及穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)等特點,使得它們在高溫極端條件下得到了廣泛的應用。近年來世界各國對于 ZrB2材料的研究給予越來越多的關注,使其發(fā)展迅速。通過某種方式在普通材料表面引入 ZrB2涂層,克服基底自身的缺陷,使其達到高級材料的功效。本研究采用化學氣相沉積(CVD)工藝、流延成型工藝在SiC基體材料上制備ZrB2復合涂層,研究了ZrB2涂層的制

2、備工藝、微觀結(jié)構(gòu)和相關的熱學性能,并探究了復合涂層的氧化機理。
　　本課題基于涂層與基底材料的結(jié)合能力、原料的熱膨脹系數(shù)和材料的高溫防護性能,分別設計了碳纖維沉積層、ZrB2-SiC流延層和ZrB2沉積層。碳纖維層由THF裂解產(chǎn)生,主要起增強基體層面與流延層面結(jié)合的作用;ZrB2-SiC流延層由流延的方式制備,該層擁有復合的梯度層,每層原料的體積比分別為ZrB2(40％)-SiC(60%)、ZrB2(60%)-SiC(40%)、Z

3、rB2(80%)-SiC(20%),其中ZrB2(40%)-SiC(60%)是與SiC基底材料結(jié)合,使得基底材料與復合涂層材料具有相似的熱膨脹系數(shù);ZrB2沉積層利用氣相沉積的方式制備出來,采用ZrCl4和NaBH4分別為氣相沉積層提供鋯源和硼源。
　　研究結(jié)果表明:利用 THF裂解制備碳纖維層的過程中,負壓條件下,生成的碳纖維生長狀況良好,取向明顯,在熱震實驗時采用負壓制備的碳纖維穩(wěn)定性較好,有利于與流延層的結(jié)合;采用流延成型法

4、制備ZrB2-SiC流延層時,流延料漿溫度在35℃、PVB含量為20%時粘度最佳,流延效果最好。流延層在養(yǎng)護階段選擇酒精為養(yǎng)護蒸氣,可以使層中氣泡排出;CVD法制備ZrB2沉積層時,反應物NaBH4在500℃時分解為氣相的BH3、NaH和ZrCl4反應生成ZrB2。原料ZrCl4和NaBH4的摩爾比為1:8時,得到的ZrB2沉積層最為致密;復合涂層的氧化,由ZrB2、SiC共同決定較低溫度時以ZrB2氧化為主,溫度超過1000℃時SiC