论文部分内容阅读
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC)具有低密度、高模量、高强度、低热膨胀系数、耐腐蚀性等一系列优异性能,在航空航天领域应用前景广阔。但由于碳纤维在高于400℃的有氧气氛中会快速氧化,导致复合材料性能下降甚至失效,大大限制了其在高温氧化条件下的应用,因此探索抗氧化涂层对推进Cf/SiC在航空航天领域的应用具有重大意义。本论文将酚醛树脂分别与B4C、B4C-50wt%SiC,石墨粉混合均匀,配制成料浆,借助旋涂法使其均匀涂覆于Cf/SiC复合材料基体表面,经固化、裂解,制备预涂层;对预涂层高温熔渗含锆量分别为10wt%和26.5wt%的两种Si-Zr混合粉末,制备超高温抗氧化陶瓷涂层;测试氧乙炔焰烧蚀试样的质量烧蚀率及弯曲强度保留率,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪对烧蚀前后涂层试样进行表征分析,探究涂层的组织结构以及抗烧蚀机理。论文主要结论如下：(1)添加粉末仅为B4C时的预涂层平整致密,熔渗反应后涂层厚度为33-52gm,涂层成分均匀：添加粉末为B4C-50wt%SiC时,预涂层边缘处出现微裂纹,熔渗后涂层致密度降低,以上两种体系均形成ZrB2-SiC-ZrC三元相,整体表现为连续的SiC区域中有ZrB2和ZrC混合相夹杂,同时部分ZrB2和ZrC混合区域中也存在SiC颗粒夹杂相；添加粉末为石墨时,熔渗反应后涂层厚度不足20gm,表面存在明显裂纹,形成SiC-ZrC二元相,且SiC与ZrC相互夹杂,均匀分布。(2)采用中心温度约2300℃的氧乙炔焰对涂层进行60s的烧蚀测试结果显示,当添加粉末仅为B4C时涂层抗烧蚀性较好,当B4C含量由30wt%增至50wt%时,质量烧蚀率逐渐降低,抗弯强度成增大趋势,且锆含量为26.5wt%的涂层抗烧蚀效果较10wt%的更佳,即添加50wt%B4C并以Si-26.5wt%Zr混合粉末(简称BSOZ26)进行熔渗制备的涂层具有最佳的抗烧蚀性能,其质量烧蚀率和强度保留率分别为0.97×10-4g/s和67.98%。(3)对以B50Z26组分制备的抗氧化涂层进行组织结构分析,结果如下：涂层由外到内分别为氧化物层、轻微氧化层。烧蚀中心区域温度最高,氧化产物B203的剧烈挥发,使得涂层呈现疏松多孔形貌,部分区域涂层在强大的机械冲刷下发生剥落；烧蚀过渡区域温度降低,机械冲刷减弱,涂层整体保持较完整,涂层表面覆盖SiC-SiO2混合相,阻止Cf/SiC基体进一步氧化；烧蚀边缘区域,温度最低,烧蚀最轻,与烧蚀中心相比,此区域ZrO2含量减少,ZrB2含量增加,涂层表现为轻微氧化。