化学液相浸渗法制备cctac复合材料及其烧蚀性能研究

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1、摘要碳化钽(XaC)具有高熔点(3880。C)、高化学稳定性和优异的抗氧化性能，是一种极具潜力的抗烧蚀材料。本文采用化学液相浸渗法制备了C／C．TaC复合材料，通过研究真空浸渗时间、加压浸渗时间、高温处理温度等参数对材料密度、气孔率、物相组成、晶粒尺寸、微观结构等的影响，确定了液相浸渗和高温处理的最佳工艺参数，提出了TaC的生成机理。通过氧．乙炔焰烧蚀实验考察了C／C—TaC复合材料的烧蚀性能，总结了材料的烧蚀规律，揭示了TaC在提高C／C复合材料抗烧蚀性能中的作用。主要结论如下：(1)以TaCl5、HF酸、呋喃树脂以及氟化钽溶液为原料，合成

2、了适宜于进行液相浸渗的碳化钽有机先驱体溶液，确定了各组分的最佳质量比为TaCl5：HF酸：乙醇：呋哺树脂=6：l：9：2～6：t：9：4及氯化钽溶液：呋哺树脂：乙醇=4：1：2～4：l：4。(2)系统研究了真空浸渗时间和加压浸渗时间对液相浸渗效率的影响，确定了最佳液相浸渗工艺参数为先真空浸渗2～3h，然后加压浸渗1～2h。(3)研究了高温处理后材料的物相组成和微观结构，揭示了TaC的生成机理。900℃处理后的产物主要为Ta02F和rrIa20s，1600～2000℃处理后试样中的Ta完全转化成立方相TaC，但仍残存有一定量的C。随着处理温度的

3、升商，TaC颗粒尺寸明显增大。TaC是在高温处理过程中由Ta的氧化物与基体C通过碳热还原反应生成，伴有“扩散一团聚”现象，是一种液相反应机制。(4)研究了C／C—TaC复合材料在氧．乙炔焰流中的烧蚀性能。材料的烧蚀性能受到气孔率和Tac增强体的综合作用，随着复合材料气孔率的降低，质量烧蚀率呈下降趋势，而线烧蚀率却并非单调降低。相同烧蚀条件下，C／C．TaC复合材料的抗烧蚀性能优于气孔率相近的C／SiC材料。(5)C／C．TaC复合材料的烧蚀机制是热物理、热化学烧蚀和机械冲刷综合作用的结果。TaC在烧蚀过程中生成的Ta205液膜，能弥补材料缺陷

4、并有效阻止有氧气氛对材料的破坏，有利于提高材料的抗烧蚀性能。关键词：液相浸渗；C／C．TaC复合材料；先驱体溶液：烧蚀性能ABSTRACTTantalumcarbide(hC)ischaracterizedbyhighhardness，highmeltingpoint(approximately3980"C)，highchemicalstability,goodresistmlcetochemicalaI组ckandthermalshock，andexcellentoxidationresistanceandcorrosionresistan

5、ce，whichmakesitveryattractivef。ranti-ablationapplicationflSoneofthemostpremisingthroatmaterialsamongtransitionmetalcarbides．Theuseofliquidprecursorroutehasbeenattractingsignificantattentioninrecentyearsasanalternativemethodforpreparingceramicmaterials，Oneofthemostimportantr

6、easonsforthisisthepotentialforreductionsinmanufacturingCOSTSduetoshorterprocessingtime，energysavingsandrelativelysimpleequipmentrequirement．Moreover,preparingtantalumcarbidebyliquidpolymerprecursorconversioncanbeingredient-designableandachievethehigh—purityproductsincompari

7、sontoothereons．entionatsymhesismethods．C，C-TaCcompositematerialswerepreparedbyliquidrouteandtheinfluenceofVacuum—pumpinginfiltrationtime，pressurizedinfiltrationtimeandthehightemperaturesonthedensity，porosity,phasecompositions，thecrystallinestateandthemicrostructuresoffinalp

8、roductshavebeeninvestigatedandcharacterizedbyvariousfacilities．Thebestprocessingpa