碳-碳復(fù)合材料莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石抗氧化涂層的制備與性能研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有許多優(yōu)異的性能。諸如比重低、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高、高輕度、高模量。而最讓人感到驚喜的是，隨著溫度的升高，它的力學(xué)性能不僅沒(méi)有降低，反而有一定程度的提升。所以在航空航天、核工業(yè)甚至生物醫(yī)用等領(lǐng)域我們都可以看到C/C復(fù)合材料的影子。然而，在空氣中超過(guò)643 K使得C/C復(fù)合材料被氧化。而每失重2％-5％，對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能會(huì)下降40％-50％。這必然會(huì)大大限制其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本論文是采用防氧化涂層的辦法來(lái)解決這一難題

2、。
　　本研究采用脈沖電弧放電沉積法（pulse arc discharge deposition，簡(jiǎn)稱PADD），在預(yù)先用包埋法制備的SiC-C/C試樣的基礎(chǔ)上制備了莫來(lái)石涂層及莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石涂層。探討了脈沖電壓、脈沖頻率、顆粒粒徑等工藝因素以及莫來(lái)石晶須的含量對(duì)于單一莫來(lái)石涂層及莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石涂層試樣結(jié)構(gòu)及其抗氧化性能的影響。通過(guò)XRD、SEM、EDS等表征手段。來(lái)分析、測(cè)試涂層試樣的組成、表面顯微結(jié)構(gòu)和斷面顯微結(jié)

3、構(gòu)及元素分析含量。其結(jié)論如下:
　　采用脈沖電弧放電沉積法制備莫來(lái)石涂層的最佳條件為:脈沖電壓為400 V，脈沖頻率為2000 Hz，碘單質(zhì)的濃度為3.0 g/L，沉積時(shí)間20 min，沉積溫度為393 K，莫來(lái)石懸浮液濃度為20 g/L，脈沖占空比為50％。最佳工藝下制備的莫來(lái)石涂層在1773 K下氧化156個(gè)小時(shí)后，所制備的涂層試樣質(zhì)量損失百分比為1.68％，失重率只有7.02×10-3 g·cm-2，對(duì)應(yīng)的氧化失重速率為4.

4、50×10-5 g·cm-2·h-1。晶須含量質(zhì)量比為15％時(shí)，所制備的莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石涂層抗氧化性能最好。所制備的涂層試樣在1773 K下恒溫氧化254個(gè)小時(shí)后，失重僅為1.8％，對(duì)應(yīng)的失重率分別為5.90×10-3 g·cm-2，相應(yīng)的失重速率為2.32×10-4 g·cm-2·h-1。隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，涂層試樣表面的SiO2玻璃膜蒸發(fā)變薄，不能有效及時(shí)的填充涂層試樣中的缺陷，氧氣滲透入C/C基體與之發(fā)生反應(yīng)生成CO和CO2，

5、從而導(dǎo)致涂層試樣氧化防護(hù)的失效。
　　采用熱浸漬法制備了mullite/S iC-C/C試樣，在此基礎(chǔ)上采用熔鹽法結(jié)合原位法制備了莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石涂層。研究了料漿濃度及熱處理溫度對(duì)于涂層試樣的顯微結(jié)構(gòu)及抗氧化性能的影響。結(jié)果表明:料漿濃度為0.2 g/ml，熱處理溫度為473 K，SiO2溶膠與蒸餾水的體積比為1∶3。最佳工藝下制備的莫來(lái)石涂層試樣經(jīng)過(guò)1773 K下氧化測(cè)試168個(gè)小時(shí)后，所制備的涂層試樣質(zhì)量損失百分比為1.8

6、％，失重率只有6.59×10-3 g·cm-2，對(duì)應(yīng)的氧化失重速率為3.90×10-5g·cm-2·h-1。采用熔鹽法結(jié)合原位法制備的莫來(lái)石晶須增韌莫來(lái)石涂層，莫來(lái)石晶須的引入可以顯著改善涂層試樣的氧化性能。1773 K下熱震50次后，涂層試樣的失重率由4％降低到0.97％，引入莫來(lái)石晶須的試樣在1773K下恒溫靜態(tài)氧化254個(gè)小時(shí)后，其失重率由4.4％降低至1.7％。莫來(lái)石晶須的引入可以有效緩解涂層中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，從而緩解裂紋的產(chǎn)生。