碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展

抗氧化涂层体系主要用于高温长时间抗氧化的情况,是当前研究的重点。文章主要对复合涂层体系进行了综述,重点阐述了双层复合涂层、多层复合涂层、梯度复合涂层和晶须增韧复合涂层,并对目前涂层体系存在的不足及今后研究的方向进行了阐述。     

碳复合材料的Si-SiO2-SiC抗氧化涂层研究

以石墨、白刚玉、矾土熟料、α-Al2O3为主要原料制备了碳复合材料的基体试样,将基体试样置于密闭的匣钵中并用Si颗粒包埋,经1600℃1h烧成。研究发现在高温及缺氧气氛条件下,埋Si基体试样烧后,在基体的表面反应形成了Si-SiO2-SiC涂层,反应过程的体积膨胀效应增加了表面涂层的密实度。在常压、空气中,烧后试样于1300℃分别进行0.4h和5h的氧化试验,结果表明随氧化时间的延长,试样表面的Si不断氧化,形成了连续、密实的SiO2薄膜,堵塞气体侵入的通道,赋予试样优良的抗氧化性能。在涂层与基体的结合部位为富含SiC的过渡连接层,在涂层的外表面为SiO2的表面涂层,涂层为具有良好抗热震性能的功能梯度涂层。     

碳复合砖抗氧化性能研究

对高炉炉缸炉底用碳复合砖在空气环境下的抗氧化性能进行热力学分析和动力学分析.热力学分析结果表明,温度在800～1100 K内,主要发生的是C的氧化反应;温度在1100～1500 K内,主要发生的是SiC的氧化反应和石墨C的氧化反应.氧化实验结果表明,温度为600℃时,反应始终由C-O反应控速;温度为800℃以上时,控速环节逐渐转变为O2的扩散,且随着温度升高,O2扩散的阻力越大.     

碳/碳复合材料抗氧化涂层专利技术现状分析

对国内碳/碳复合材料抗氧化涂层的相关专利技术进行梳理,并对申请量变化趋势、申请人排名、申请人类型,以及相关重点专利技术进行了分析。     

碳/碳复合材料表面SiC/c-AlPO_4复合涂层及其抗氧化机制

采用二次包埋法和水热电泳沉积法相结合的工艺在碳纤维增强碳复合材料表面制得SiC/方石英型磷酸铝(cristobalite aluminum phosphate,c-AlPO4)复合涂层。借助X射线衍射仪和扫描电镜对复合涂层的晶相组成和显微结构进行了表征。研究了复合涂层的高温氧化性能,讨论了复合涂层氧化、失效的机理。结果表明:复合涂层具有双层结构,包埋的SiC内层主要由α-SiC,β-SiC和少量的游离硅组成,外层由c-AlPO4颗粒构成,内外层结合紧密。复合涂层在1300～1500℃范围内具有良好的抗氧化性能,其氧化激活能为117.2kJ/mol,氧化过程主要受氧在c-AlPO4层中的体扩散速率所控制;氧化气体逸出留下的孔洞是复合涂层防氧化失效的主要原因。     

抗氧化碳／碳复合材料

详细地叔述了氧化碳/碳材料的制备、性能与应用。分析了抗氧化机制,指出,无论用硼酸盐浸渍还是用SiC涂层防氧化,其基本原理都是氧化后在碳/碳材料表面上形成一层完整的、致密的玻璃膜,这层膜抗挥发温度的高低就限定了它的使用温度。     

叔碳改性硅丙乳液复合涂层的防腐蚀性能研究

利用叔碳酸乙烯酯和乙烯基三甲氧基硅烷为功能单体,合成叔碳酸乙烯酯-硅烷改性丙烯酸酯(叔硅丙)乳液,并添加纳米Si O2和纳米蒙脱土等无机材料制备复合防腐蚀涂层。通过接触角、吸水率、电化学阻抗谱、极化曲线、盐雾试验等测试研究了乳液种类及无机纳米材料种类对涂层耐水性和防腐蚀性能的影响。结果表明,叔碳酸乙烯酯和乙烯基三甲氧基硅烷的引入可以有效提高涂层的耐水性和防腐蚀性能,无机纳米材料的加入,尤其是蒙脱土的加入可以进一步提高涂层的防腐蚀性能。复合涂层的吸水率仅为0.7%,腐蚀电流密度为2.91×10-9A/cm2,电化学阻抗可达1.9×108Ω,盐雾试验240 h后无腐蚀扩散现象。     

航天飞机用抗氧化碳—碳复合材料

引言航天飞机是使有效负载和宇航员进入近地轨道运行的一种经济运载工具。与宇宙飞船相比较,航天飞机的优点是可多次重复使用,因而能大大降低发射和载人航天以及发射卫星的成本。目前,美国航天飞机的方案包括四个主要     

碳/碳复合材料SiC-HfSi_2抗烧蚀复合涂层(英文)

为改善碳/碳(C/C)复合材料的抗烧蚀性能,采用包埋技术在C/C复合材料表面制备了碳化硅-硅化铪(SiC-HfSi2)抗烧蚀复合涂层。采用氧乙炔火焰烧蚀试验评价了C/C复合材料样品的抗烧蚀性能。通过扫描电镜观察、能谱分析及X射线衍射分析研究了烧蚀前后C/C复合材料抗烧蚀涂层的表面和断面形貌、元素分布和相组成。结果表明:涂层C/C复合材料在烧蚀后其表面出现了丛生的氧化硅纳米线。同时,与未涂层C/C复合材料相比,SiC-HfSi2涂层使C/C复合材料的质量烧蚀率下降了85.6%。     

纳米炭黑复合粉体抗氧化涂层的制备及其性能

制备了一种使用温度约1500K的炭/炭复合材料抗氧化复合涂层,它由纳米炭黑与氮化硼和陶瓷相阻挡层构成。通过与单一陶瓷相涂层的对比试验研究了它的抗氧化机理。涂覆有该复合涂层的炭/炭复合材料试样在空气中1500K下氧化10h的失重为12.37wt%,氧化失重率为4.24×10^-5g/cm²·min,而且其氧化失重率随氧化时间延长而降低;4小时内经过30次从1500K至室温急冷急热循环后失重为6.38wt%,涂层基本完好,说明涂层在不超过1500K温度时具有良好的抗氧化性和抗热震性能。该种涂层适合于中温下炭/炭复合材料的抗氧化保护。     

碳/碳复合材料表面MoSi2-SiC复相陶瓷涂层及其抗氧化机制

对MoSi2-SiC复相陶瓷涂层的显微形貌、相组成及成分进行了观察与分析,考察并研究了有涂层的碳／碳复合材料在1650℃以下温度的等温氧化性能,以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响,阐明了涂层的抗氧化过程及机理,并进一步提出了合理的涂层结构。结果表明,碳／碳复合材料表面MoSi2-SiC复相陶瓷涂层的抗氧化性能取决于氧在涂层中的扩散过程。     

硼酸盐作碳石墨材料抗氧化涂层的研究

采用硼酸盐涂层工艺来防护碳石墨材料被氧化是一种较经济的技术。防护效果也相当好。通过一系列的试验,对B_2O_3、Na_2O—B_2O_3、Na_2B_4O_7防护碳石墨材料被氧化的机理进行了探讨。试验结果表明,B_2O_3涂层在干燥空气中可以保证900℃、24h不氧化,700℃、100h不氧化,1000℃、2h不氧化;Na,O—B_2O_3涂层在干湿空气中都可以达到B_2O_3涂层的效果,Na_2B_4O_7在短时间高温下对碳石墨材料的氧化防护有一定的作用。     

碳纤维涂层碳化硅高温抗氧化性能研究

碳纤维材料以其良好的性能,在树脂基、陶瓷基、金属基等复合材料中得到了广泛的应用,但高温下容易被氧化,并严重的限制了碳纤维的应用范围。本文利用扫描电镜、透射电镜、电子探针、X射线光电子能谱分析、热重分析等对涂层碳纤维进行了高温(800℃)抗氧化性研究,得到了涂层的成分为SiC,通过可控气氛炉得到涂层碳纤维800℃高温下失重率与时间呈现抛物线规律变化,同时与无涂层碳纤维的氧化失重曲线相比发现：此涂层碳纤维在高温下具有一定的抗氧化性。     

C/C复合材料抗氧化涂层研究进展

结合国内外近几年的研究报道，介绍了C/C复合材料抗氧化涂层的基本要求及类别、各涂层体系及制备方法，并简要阐述了抗氧化涂层的研究方向。     

碳/碳复合材料SiC–HfSi_2–TaSi_2抗烧蚀复合涂层

采用包埋技术在碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料表面制备了碳化硅-硅化铪-硅化钽(SiC-HfSi2-TaSi2)抗烧蚀复合涂层.采用氧已炔火焰烧蚀试验评价了. C/C复合材料样品的抗烧蚀性能.通过X射线衍射分析、扫描电镜观察及能谱分析研究了SiC-HfSi-TaSi2作为 C/C复合材料抗烧蚀涂层的表面和断面相组成、元素分布及形貌.结果表明:由于烧蚀过程中生成的Hf02,Ta205具有高温稳定性,使得该涂层表现 出良好的抗烧蚀性能,在3 000℃下烧蚀20s后,线烧蚀率为0.009 mm/s,质量烧蚀率为0.003 85 g/s.     

ZrC改性C/C复合材料的抗氧化涂层研究

为了提高C/C复合材料的高温抗氧化性能,采用含锆有机溶剂实现了对C/C复合材料的ZrC改性,通过粉末包埋法在其表面制备了SiC过渡层,通过溶胶凝胶法制备了外部的复合陶瓷氧阻挡层。设计三因素三水平的正交试验,研究了ZrC改性增重、过渡层厚度和氧阻挡层厚度三个主要因素对C/C复合材料高温抗氧化性能的影响。9个样品在1600℃马弗炉中进行了30 min的静态氧化测试,结果表明,ZrC改性增重5%、过渡层厚度为60μm和氧阻挡层厚度为80μm的样品抗氧化性能最好,质量损失率仅约5.51%。     

多孔隔热炭材料用SiC复合涂层的制备及抗氧化性能研究

多孔炭毡是优异的高温隔热保温材料,但使用过程中的微氧化问题将直接导致材料的氧化失效.本文采用刷涂反应法,在炭毡表面依次制备了预炭层及SiC复合涂层,借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析涂层的物相组成以及微观结构,探究了在1 200℃、1400℃反应烧结制备的SiC复合涂层的结构和抗氧化性能差异.结果 表明:在大气环境进...     

碳/碳复合材料表面MoSi2-SiC复相陶瓷涂层 及其抗氧化机制

对MoSi     

C/C复合材料SiC-SiO_2/ZrO_2-SiC复合抗氧化涂层

为了提高C/C复合材料在高温有氧环境的抗氧化性,在SiC抗氧化涂层防护的基础上,采用气相沉积法及溶胶凝胶吸附冷凝热蒸汽法在C/C复合材料表面制备出了SiC-SiO2/ZrO2-SiC复合涂层。利用扫描电镜、能谱质谱测试及X射线衍射等检测方法对涂层各层进行了分析。结果表明,溶胶吸附ZrCl4蒸汽法制备ZrO2涂层,不仅能够在高温自动修复单层SiC涂层的裂纹缺陷,还起到了在制备外层SiC涂层过程中缓冲应力的作用。这种多层复合涂层在高温下具有良好的抗氧化性,在1 800℃等离子焰动态空气氧化120 s后,计算得出该涂层失重速率仅为0.4 g/(m2·s),表明该涂层具有卓越的抗氧化性。     

石墨表面Si-SiC-ZrB_2抗氧化复合涂层的制备及性能表征

为了防止石墨材料在高温下氧化,采用尺寸为10mm×10mm×5mm的高强石墨为基体,以d_(50)为0.5、10μm的SiC,d50为3μm的ZrB_2,粒度为5~10mm的硅块为涂层主要原料,通过反应浸渗法,在真空状态下于1650℃保温30min进行气相渗硅,在石墨表面制备了Si-SiC-ZrB_2复合抗氧化涂层;利用XRD、SEM研究了涂层的相组成与微观形貌。结果表明:反应浸渗后涂层的主晶相为Si、SiC和ZrB_2,涂层与基体之间具有过渡结构。抗氧化试验表明:由反应浸渗法制备的Si-SiC-ZrB_2复合涂层结构致密,无裂纹,具有良好的抗氧化性能;在1500℃空气条件下循环氧化3次(48h)后,未发现石墨基体被氧化的痕迹,试样质量仅增加0.84%;氧化试验后的涂层由两部分组成,即含有ZrO_2、ZrSiO_4的氧化层以及致密的Si-SiC-ZrB_2涂层。