C C复合材料防氧化涂层SiC SiC MoSi2的制备与抗氧化性能.pdf

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1、第卷第期今扁学玻年月第一页工一一复合材料防氧化涂层的制备与抗氧‘化性能什前刚李贺军李克智史小红西北,工业大学炭炭复合材料研究中心西安用包埋法和涂刷法在复合材料表面依次制备了内涂层和一外涂,摘要采层借助与对涂,一层的微观结构进行了分析研究了涂覆后的复合材料在高温静态空气中的防氧化性能结果表明复合,。和涂层有效缓解了与热膨胀不匹配问题涂层无裂纹复合涂层在℃静态空气环境下均可对复合、多相结构以及在高温氧化后表面生成的薄膜是其具有优异防氧化性能的原因材料有效保护以匕涂层的多层材料,内涂层,一外,抗氧化关键词复合涂层中图法分类号文献标识码文章编号一一一

2、,一了一,叹,尸乞’,,,尸了叽,护夕夕习、娜。不雌一。九口二。呷即刀。亡。乙夕乞、、艺,、粼卿一一,一一,盯一一。吞℃一一一一一一盯,一一一一,,一,一高温下易氧化是复合材料应用于高温热结构存在开放性裂纹,难以满足该温度段的长期防氧化需要,而而在一℃,部件的瓶颈涂层技术是解决该材料高温易氧化问题的范围内具有良好防氧化性能的涂层有效手段复合材料高温长寿命抗氧化涂层研如硼硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、,,已开发的涂层十℃究已取得较大进展侧晶须增硼硅酸盐玻璃涂层网等尚不能在高于韧一一涂层、梯度硅酸忆复合涂层的有氧环境中为复合材料提供长时间防氧化保护。

3、等在一℃静态空气中均具有优异的防氧化性复合材料的许多应用环境并非恒定温度往往要求能然,这些高温涂层在一℃,而这类而中高温范围内因其涂层同时具备中低温和高温的长期防氧化能力涂层的相关研究至今鲜见报道国家白然科学基金项目和资助具有优异的高温抗氧化性能采用包埋技术收到初稿一一,一一日期收到修改稿日期将其弥散分布于基体中而形成的多相涂层在一,,,,作者简介付前刚年生男副教授博上℃下具有良好的防氧化能力一然而和金属学报第卷、一“和又一“℃,而的热膨胀系数分别为’“℃,复合材料的热膨胀系数仅为虽然构,造多相涂层可以缓解与的热膨胀失配但多相涂层在一℃中高温

4、范围内防氧化能力有限三一者‘的。,,采用涂刷法制备涂层可通过控制浆料中原料配比即涂层,,‘匕勺一一由内而外高热膨胀系数原料含量逐渐增加一⋯,从而认仁低热膨胀系数原料含量逐渐降低获得梯度多、,层涂层进而可以有效缓解涂层与热膨胀失。配,,降低涂层开裂趋势有望使涂层在高温和中高温环境中均具有长期抗氧化能力叹本研究首先采用包埋法在复合材料表面制备图不同位置涂层表面的谱,内涂层再采用涂刷法在内涂层上制备多层一,研,复合外涂层究该复合涂层的显微结构考,察涂层在高温和中高温静态空气中的防氧化能力并分析其抗,氧化机理盯,实验方法即,一,,复合材料由炭纤维与热

5、解炭组成密度为,尺寸为用,,号砂纸磨去尖角再用号砂纸打磨抛光在无水乙醇中超声波清洗后在℃烘箱中烘干备用一多层复合涂层由包埋和涂刷两步法,,和,制备即首先以为原始粉料采用包埋法在复合材料表面制备内涂层再以拼和科为原始粉料,以硅溶胶为粘结,,,剂制备种浆料其质量比分别为和,将这种浆料依次涂刷于带有内,涂层的复合材料试样表面并在每次涂刷后将试样在℃氢气保护下热处理一分别在和℃马弗炉中对涂层试样进行氧,定,化实验期从炉内取出试样放置于室温空气中直接冷,用,却精度为的电子天平称重按氧化失重百分率来评价涂层防氧化能力采用粘结拉伸法在电子万能试验机上测试涂

6、层与基体间界面结合强度,型射线衍射,采用,仪分析涂层的相组成用带电子能谱的图涂层截面像及像一型扫描电镜分析涂层的微观结构与元素分布二实验结果和讨论涂层的微观结构,无明,图为涂刷种浆料后涂层表面的谱可以看涂层中各层间结合良好显裂纹经检测涂刷法制备,,出依次一涂刷种浆料后涂层均由和两相构的外涂层中各层间的结合强度约为,,,低成并且随着涂刷层数的增加含量逐渐增加于包埋法制备的内涂层和基体的界面结合强逐渐减少度·图为涂层,一,截面像由图可见图为涂层截面的背散射像可见,这些细拼,一外涂层中存在较多细孔孔主要是由于涂料中的硅内涂层厚度约为外涂层厚度约为溶

7、,一拼,胶粘结剂在高温下分解而形成的此外外包埋法制备内涂层过程中包埋粉料中的一第期付前刚等复合材料防氧化涂层的制备与抗氧化性能,℃熔融沿孔洞向复合材料内部扩散受到的阻力小的试样在中高温阶段同样具有优异的防护能力而,℃空气中氧化在炭纤维和热解炭内扩散所受到的阻力大因此熔融图为带有层外涂层试样在,后的表面和截面照片由图可,在孔隙部位快速向复合材料内部扩散基体局部见涂层经区域出现涂层如图中区域同时,过℃空,由于炭纤维难以气中氧化后表面生成一层光滑的薄,与反应生成“从而阻碍了涂层厚度的增加如图,,这些膜此外涂层表面有微裂纹生成裂纹是涂层从氧化温,赵中

8、区域因而包埋法制备的涂层与复合度快速冷却至室温过程中形成的其宽度仅为,这,材料的界面呈锯齿状种锯齿状结构有利于涂层与为考察涂层中的微裂纹对涂层防氧化性能的影响对带有