CSiC复合材料抗高温氧化涂层制备及性能研究Preparation and properties of high temperature oxidation resistant coatings on CSiC Composites.pdf

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1、C/SiC复合材料抗高温氧化涂层制备及性能研究韩寿鹏2015年6月中图分类号：UDC分类号：C/SiC复合材料抗高温氧化涂层制备及性能研究作者姓名韩寿鹏学院名称材料学院指导教师徐强答辩委员会主席李树奎申请学位工程硕士学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月StudyonpreparationofresistancetohightemperatureoxidationcoatingforC/SiCcompositeCandidateName:HanShoupengSchoolorDepartment:MaterialScience

2、andEngineeringFacultyMentor:XuQiangChair,ThesisCommittee:Prof.LiShukuiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要C/SiC复合材料以其优异的性能，成为航空航天热结构部件关键材料，但碳纤维易氧化限制了C/SiC复合材料在高温下的使用。本文以改善C/SiC复合材料抗氧化烧蚀性能为目的，在C/SiC复合材料表面制备含硼硅玻璃的ZrB2-MoSi2自愈合涂层，研究制备工艺对涂层结构和性能的影响，优化制备工艺参数，对制备的涂层进行抗氧化烧蚀性能考核及涂层失效机

4、理分析。本文利用喷雾干燥造粒制备复合粉体，通过调节浆料配方和喷雾干燥工艺参数获得球形度良好、颗粒度符合等离子喷涂工艺要求的复合粉体，优化的喷雾干燥工艺参数为：浆料固含量40％、粘结剂含量0.3％、进口温度250℃、雾化盘旋转频率50Hz、进料泵转速30rpm。本文分别采用煅烧工艺和感应等离子球化（IPS）工艺对团聚粉体进行致密化处理，较好的煅烧工艺为800℃，2h；较好的等离子球化功率为18KW，相比于煅烧工艺，离子球化制备的粉体性能更好。球化后的颗粒较球化前流动性提高了57.6%、松装密度提高了96.7%。本文分别采用大气等离子喷涂工艺、高能等离子喷涂

5、工艺制备抗氧化涂层，研究了工艺参数对涂层微观结构的影响，优化的大气等离子喷涂主要工艺参数为：工作电流为950A、主气流量为70SCFH、辅气流量为60SCFH；优化的高能等离子喷涂主要工艺参数为：工作电流为480A、主气流量为230LPM、辅气流量为85LPM、送粉率为3.0rpm，采用优化的工艺参数制备的涂层结构致密，与基体结合良好。利用氧—乙炔火焰对有涂层试样进行氧化烧蚀考核，有涂层试样比无涂层试样质量烧蚀率约下降了60%。烧蚀距离为30mm时，经300s烧蚀后，质量烧蚀率为15.1×10-4g/s；烧蚀距离为20mm时，经300s烧蚀后，质量烧蚀率

6、为19.1×10-4g/s。无涂层的基体试样，烧蚀距离为20mm时，经300s烧蚀后，质量烧蚀率为45.8×10-4g/s。在烧蚀过程中，反应生成的及涂层含有的硼硅玻璃封填ZrO2骨架，阻碍氧气扩散，涂层具有抗氧化作用；在更高温度下烧蚀时硼硅玻璃严重挥发，结构疏松的ZrO2无法阻碍氧气的扩散，涂层抗氧化性能失效。关键词：C/SiC复合材料；自愈合涂层；喷雾干燥；等离子喷涂；抗氧化烧蚀I北京理工大学硕士学位论文AbstractC/SiCcompositehasbecomekeymaterialsofaerospacethermalstructuralcom

7、ponentsbecauseofitsexcellentproperties,butcarbonfiberiseasytobeoxidized,whichlimitstheuseofC/SiCcompositesathightemperature.ThepaperbasedonthepurposeoftheimprovementofC/SiCcompositeoxidationandablationresistance,fabricatedself-healingZrB2-MoSi2coatingcontainingborosilicateglass.S

8、tudiedandanalyzedoxidationresistanceofth