SiCGlass涂层碳碳复合材料的中低温氧化行为及机制研究.pdf

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1、万方数据第38卷增刊22009年12月稀有金属材料与工程RAREMETALN”JERLALSANDENGINEERINGVoi．38，Suppl．2December2009SiC．Glass涂层碳／碳复合材料的中低温氧化行为及机制研究李龙1，一，曾燮榕1，一，李贺军3，熊信柏1,2谢盛辉1,2邹继兆1．一，唐汉玲1，2(1．深圳大学，广东深圳518060)(2．深圳市特种功能材料重点实验室，广东深i)ll518060)(3．西北工业大学，陕西西安710072)摘要：为揭示具有良好高温(1300～1600℃)抗氧化性能的SiC．Glass涂层在中低

2、温(500～1200℃)条件下的氧化防护性能，对SiC．Glass涂层碳／碳(c／c)复合材料的中低温氧化行为和机制进行了系统研究。结果表明，SiC．Glass涂层C／C复合材料的中低温氧化失重服从直线规律，但氧化机制存在温度依赖性，可分为2个区段：(1)低温区(500～800℃)，氧化失重速率与温度服从Arrhenius关系，氧化主要受控于氧在涂层缺陷内的扩散速率；(2)在中温区(800-1200℃)，氧化失重速率与温度不服从Arrhenius关系，氧化过程受氧在涂层缺陷中的扩散、SiC内涂层材料的氧化、Glass外涂层的部分熔融愈合等多种因素

3、联合控制。对比分析表明，SiC．Glass涂层的中低温抗氧化性能不及其高温抗氧化性能优异。中低温下，涂层缺陷愈合不充分是导致这一现象的主要原因。关键词：碳／碳复合材料；抗氧化涂层；氧化机制中图法分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)$2．0751-04碳／碳(c／c)复合材料以其低密轻质、比强度大、抗烧蚀、强度指标随温度升高不降反升等一系列优点，被誉为2000℃以上重要的热结构候选材料之一【l】。然而，C／C复合材料的诸多优异性能只有在惰性气氛下才能保持。因为在氧化性气氛中，C／C材料于400℃以上开始发生氧化，

4、生成CO或C02气态产物，导致材料不断氧化损耗，且温度升高氧化损耗加剧，最终造成材料的力学性能显著下降，制约了C／C在高温结构材料方面的应用【2】。为解决C／C复合材料易氧化问题，充分发挥其优异的高温性能，C／C抗氧化技术得到广泛研究。目前，防止C／C复合材料氧化的途径主要有基体改性和抗氧化涂层两类。相比而言，旨在提高碳基体氧化起始温度的基体改性方法仅能提供局部防护，因而只能实现低温下的氧化防护，更高温度下的氧化防护则以能够实现整体保护的抗氧化涂层为佳，故抗氧化涂层技术得到快速发展【2，3】。目前，抗氧化涂层方面的研究主要集中于两方面：一是涂层制

5、备工艺、结构改进和新涂层材料或体系的研究开发，二是涂层在高温下的氧化性能及机制方面的探讨。而在实际应用中，高温抗氧化涂层并非始终工作于高温环境下。例如：在暴风、雨雪等自然环境中，以及在高温设备的启动／关机过程中，都将导致热结构材料局部或整体工作于中、低温环境中。在中、低温氧化环境中，具有良好高温防护性能的抗氧化涂层能否对C／C复合材料提供良好的氧化防护，以及此时涂层C／C复合材料的氧化行为及机制如何等。这些方面的研究鲜见报道。因此，本实验在自行研制的具有良好高温(1300～1600℃)抗氧化性能的SiC．Glass涂层的基础上，研究了SiC．Gl

6、ass涂层C／C复合材料在中低温(500～1200℃)空气气氛中的氧化行为和机制。1实验先将二维C／C复合材料(密度1．75g／cm3)制成边长10mm的立方体基材，然后在其表面制各SiC．Glass复合涂层。SiC内层以高纯度(>199．5％)的Si粉、C粉及少量添加剂为原料，于1800℃氩气保护条件下采用包埋法制得。Glass外层采用料浆预涂．烧结法进行制备。涂层原料和涂层工艺说明详见文献[4】。等温氧化实验在空气气氛中进行。由于C／C材料收稿日期：2009—06-15基金项目：国家自然科学基金(50672059)；中国博士后科学基金(200

7、70420771)：2007深圳市非共识技术创新项目基金；深圳大学科研启动基金(200703)作者简介：李龙，男，1975年生，博士，助理研究员，深圳大学材料科学与工程学院，广东深圳518060，电话：0755．26535133，E-mail：alanleenwpu@hotmail．tom万方数据稀有金属材料与j：程第38卷的起始氧化温度一般为400～450℃，而SiC—Glass涂层C／C试样的高温(1300～1600。C)氧化性能已在文献[4】中予以报道。因此，本实验温度范围选择在中低温区(500～1200℃)。间隔100℃等问距取点进行等温

8、氧化实验。试样周期性地从炉内取出，室温称重(精度0．1mg)后，再放回炉内进行下一周期的氧化实验。根据试样的损失质虽分数(即失重率)表征