耐烧蚀超高温陶瓷改性C/C复合材料的研究进展

炭/炭(C/C)复合材料在高温含氧环境中易氧化烧蚀的问题影响了其在航空航天领域的应用,引入超高温陶瓷能有效地提高其超高温耐烧蚀性能。介绍和分析了化学气相渗透、先驱体浸渍裂解、反应熔渗等基体改性工艺及其优缺点;综述了近年来C/C复合材料基体改性提高其超高温抗烧蚀性能的最新研究进展;并评述了国内在提高C/C复合材料超高温抗烧蚀性能方面取得的一些成果;最后,提出了提高C/C复合材料超高温长时抗烧蚀性能的潜在发展方向。     

CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渗法(RMI),将Cu与Si同时熔渗进C/C坯体中制备CuxSiy改性C/C-SiC复合材料.研究CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能,并与C/C-SiC复合材料进行对比.结果表明:CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度和冲击韧性略低于C/C-SiC复合材料的;采用30Cr钢作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦因数约为0.24,线磨损率小于4 μm·side-1·cycle-1,均与C/C-SiC复合材料的相近,但其摩擦表面温度降低约50 ℃;以自身材料作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能略低于C/C-SiC复合材料的.     

LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及其抗烧蚀性能

采用料浆浸渍结合树脂浸渍裂解法制备了含9.73 wt.% LaB6的LaB6-C/C预制体,再利用反应熔体浸渍法（RMI）制备了LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料,考察了材料的微观结构和烧蚀行为,探究LaB6对材料抗烧蚀性能的作用机理。结果表明：在热流密度为2380 kw/m2的氧乙炔焰烧蚀120 s后,LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.05×10-3 g/s和2.17×10-3 mm/s,较未改性C/C-ZrC-SiC复合材料分别降低了74.8 %和61.9 %。烧蚀过程中,LaB6发生氧化反应生成La2O3和B2O3,La2O3与ZrO2之间的固溶作用以及化学反应,再加之液态B2O3具有促进固相反应传质的作用,使得材料表面形成大面积连续稳定的ZrO2-La2Zr2O7-La0.1Zr0.9O1.95熔融态保护层,这是材料优异抗烧蚀性能的主要原因。     

硅钽含量对C/C复合材料SiC/TaSi_2复合涂层结构和抗氧化性能的影响

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC/TaSi2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射分析、扫描电镜观察,研究了包埋粉料中硅钽含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,随着硅钽比的减小,复合涂层的厚度先增大后减小;硅钽比为5:1所制备的复合涂层具有相对较大的厚度和较为致密的结构,且TaSi2含量相对较高,体现出优良的抗氧化和抗热震性能,在1500℃氧化241.8 h和经过18次1500℃←室温急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为1.04%.穿透性裂纹的形成是长时间氧化后涂层失效的主要原因.     

热处理技术对C/C复合材料磷酸盐涂层抗氧化性能的影响(英文)

采用液态磷酸盐浸渍及不同的热处理技术在C/C复合材料表面制备抗氧化涂层。实验结果表明:采用1～2°C/min慢速冷却制备的材料A在700°C氧化20 h后的氧化质量损失达到47%,而采用快速气冷技术制备的材料B的氧化质量损失仅仅为0.98%。SEM形貌观察表明:材料A的磷酸盐涂层表面疏松,充满大量孔洞、裂纹,以及片状结晶、团聚的磷酸盐,而材料B的涂层致密、完整,为玻璃态。氧化实验后,材料A的涂层在8 h氧化阶段就已消耗殆尽,抗氧化能力基本消失;而材料B的涂层在8 h实验后表面涂层完整、致密,无明显损伤,在20 h实验后出现了较多的孔洞,抗氧化能力逐渐降低。     

溶胶浸渍抗氧化涂层对C/C复合材料摩擦特性的影响

采用溶胶浸渍技术对4种C／C复合材料进行抗氧化处理。在M2000型摩擦实验机上测试了4种C／C材料的摩擦特性。结果表明：在相同载荷下，光滑层CVI（SL）的C／C材料浸渍后试样与未浸渍试样的摩擦因数值最接近：树脂炭（RC）的C／C材料中，浸渍后试样的摩擦因数均低于未浸渍的试样且相差最大；粗糙层CVI（RL）的C／C材料中，中高载荷下浸渍溶胶试样的摩擦因数低于未浸渍溶胶的试样：而具有粗糙层／光滑层／树脂炭（RL／SL／RC）的C／C材料中，中高载荷下浸渍溶胶后试样的摩擦因数变化比未浸渍试样的高。随载荷增加，SL炭材料未浸渍和己浸渍试样摩擦因数的变化幅度均最低，RC炭材料未浸渍试样和己浸渍试样的摩擦因数变化幅度最大，RL／SL／RC、RL结构的试样是否浸渍溶胶对其摩擦因数的影响无明显规律。石墨化度高的材料的摩擦行为受浸渍溶胶的影响高于石墨化度低的材料。     

热处理对C/SiC复合材料纤维束中微裂纹扩展行为的影响

利用透射电镜(TEM)观察了湿氧气氛热处理对3DC/SiC复合材料纤维束中微裂纹扩展的影响规律.研究表明,在未经热处理的3DC/SiC纤维束中,微裂纹传播主要为沿纤维/界面相脱粘的单一模式;热处理后纤维束中的微裂纹形成了多种扩展模式.在经历了长达100h的保温之后,热解碳的部分有序化及其层状结构的形成是导致裂纹能量耗散模式增加的主要因素,有序结构的形成也增加了裂纹的联通和长裂纹形成的几率.     

预浸涂对航空刹车副用C/C复合材料抗氧化涂层性能的影响

采用在C/C复合材料基体表面预先浸涂浸渍剂 ,再涂刷涂层并进行涂层固化处理的工艺方法 ,可制备出抗氧化性能良好的涂层。预浸涂处理可使C/C复合材料的起始氧化温度提高近 2 0 0℃。单独预浸涂以硼酸或TEOS为主的浸渍剂后 ,试样抗氧化效果不明显 ,而预浸涂以磷酸或磷酸 硼酸混合液为主的浸渍剂效果较好 ,90 0℃ ,2h静态氧化质量损失率分别为 0 .4 0 %和 0 .33%。并对以硼酸 ,磷酸和TEOS及其混合液为主的浸渍剂的抗氧化机理进行了分析和探讨     

γ-射线改性炭纤维对C/C复合材料吸湿性能的影响

为了减少C/C复合材料气孔率、降低C/C复合材料吸湿性,本文采用γ-射线辐照在A151中对沥青基炭纤维表面改性,采用AFM、XPS研究了γ-射线辐照改性后沥青基炭纤维表面结构的变化;用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化;对γ-射线辐照沥青基炭纤维对C/C复合材料气孔率、吸湿增重的影响进行了研究.结果表明:γ-射线辐照使炭纤维表面含氧官能团增加,提高了沥青基炭纤维的表面能,降低了C/C复合材料气孔率,降低了C/C复合材料吸湿性.     

混杂C/C复合材料的烧蚀性能

利用等离子体火炬为高温热源,研究了混杂C/C复合材料的烧蚀性能.结果表明:随着烧蚀区域从火焰中心到边缘的变化,材料的烧蚀特性从中心区域的以热力学烧蚀为主向靠近边缘区域的以热化学烧蚀为主过渡;碳基体和碳纤维的抗热力学烧蚀性能相当,而碳纤维的抗热化学烧蚀特性则明显优于碳基体.     

Effect of Mo/Si Ratio on the Microstructure and Oxidation Resistance of Si-Mo Coating for C/C Composites

Oxidation protective Si-Mo coatings were prepared by pack cementation on the surface of C/SiC coated carbon/carbon composites. The influences of Mo/Si mass ratio in the pack powders on the microstructure and oxidation resistance of the coating were investigated. It showed that with the Mo/Si ratio increasing from 0.1 to 0.4, the MoSi2 proportion and the dimension of cracks in the coating increased, and the oxidation protective ability of the coated specimens firstly increased and then decreased. The coating...     

炭/炭复合材料声电沉积钙磷生物活性涂层的生长机理

通过声电沉积在炭/炭复合材料表面制备钙磷生物活性涂层,采用SEM（带EDAX）,XDR,FTIR研究电沉积时间对钙磷生物活性涂层的形貌、结构和组成的影响.实验结果表明：沉积初始先在炭/炭表面形成无定形层,片状磷酸氢钙（DCPD）在其表面生长,随着电沉积时间的延长,逐渐向针状的羟基磷灰石Ca10（PO4）6（OH）2（HA）转变,涂层厚度和n（Ca）/n（P）不断增加,涂层的结晶度和电解液的pH值下降.涂层为缺钙磷灰石.同时探讨了在炭/炭复合材料表面钙磷生物活性涂层的生长机理.     

碳/碳表面改性电沉积工艺制备磷酸钙涂层

碳/碳复合材料具有优良的机械性能,是矫形外科和齿科领域一种很有潜力的医用生物材料.为了使它具有生物活性,本文通过一种施加超声波的新电沉积方法,声电沉积法,在其表面制备了磷酸钙生物活性陶瓷涂层.我们的实验结果表明,通过该工艺可获得致密、结合力改善的磷酸钙生物活性涂层,而且该工艺无需精确控制阴极表面产生的氢气.此外,本工艺还为具有优越力学性质的生物相容性导电材料表面制备生物活性磷酸钙涂层提供了一种新的选择.     

碳/碳表面改性电沉积工艺制备磷酸钙涂层

碳/碳复合材料具有优良的机械性能,是矫形外科和齿科领域一种很有潜力的医用生物材料.为了使它具有生物活性,本文通过一种施加超声波的新电沉积方法,声电沉积法,在其表面制备了磷酸钙生物活性陶瓷涂层.我们的实验结果表明,通过该工艺可获得致密、结合力改善的磷酸钙生物活性涂层,而且该工艺无需精确控制阴极表面产生的氢气.此外,本工艺还为具有优越力学性质的生物相容性导电材料表面制备生物活性磷酸钙涂层提供了一种新的选择.     

Cr含量对炭/炭复合材料SiC/Al-Si抗氧化涂层的影响(英文)

采用料浆法在已制得SiC内涂层炭/炭(C/C)复合材料(SiC-C/C)表面,制备了不同Cr含量(质量分数分别为0%,31.85%,44.95%及55.57%)的Al-Si合金涂层。分别采用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及1773K静态空气气氛中的恒温氧化试验,测试了所得涂层试样的微观结构及抗氧化性能。结果表明:Cr元素可以显著提高Al-Si合金涂层的抗氧化性能;Cr含量为44.95%的Al-Si合金涂层SiC-C/C复合材料试样在1773K空气气氛中氧化197h后的氧化增重为0.079%(质量分数)。     

C／C复合材料等温CVI工艺模糊神经网络建模

C／C复合材料等温CVI工艺影响因素繁多，而效率极低，造成C／C复合材料的生产周期极长、制造成本极高。基于模糊神经网络技术及遗传算法，以有限元数值模拟结果作为网络训练的虚拟样本，建立了C／C复合材料等温CVI工艺预测系统，利用该系统挖掘得到了等温CVI工艺主要影响因素，如沉积温度，前驱气体组份比与流速等，对制件密度的作用规律，为CVI工艺的综合设计与优化提供了理论依据，提高了CVI工艺的设计水平，以期达到降低C／C复合材料制造成本的目的。     

ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料的循环氧化烧蚀行为

难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而,ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料,剖析了1600 ℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化,根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理,并利用1700 ℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明,经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。     

Influence of Reinforcement Content and Matrix Composition on the Oxidation Resistance of Aluminum-Matrix Composites (A3xx.x/SiCp)

A study was made on the influence of the SiCp proportion and the matrix concentration of four composites (A360/SiC/10p, A360/SiC/20p, A380/SiC/10p, A380/SiC/20p) on their oxidation behavior. Gravimetric tests were used in a kinetics study of the corrosion process at different temperatures (350, 400, 450, and 500°C). The influence of corrosion on mechanical properties was evaluated by hardness measurements. The nature of corrosion products and the influence of the microstructure on the morphology and growth of the oxidation layer were analyzed by SEM and low-angle XRD. The extent of the damage due to oxidation for Al/SiCp composites increases with the SiCp concentration due to the increase of nucleation sites. One of these nucleation sites is in the interface region between the matrix and the particles. Oxidation was influenced more by the percentage of alloy elements in the matrix than by the proportion of SiCp reinforcement. The presence of Cu and Ni in the matrix favors the oxidation process through the formation of different intermetallic compounds.     

Cf/SiC复合材料的氧化及抗氧化技术研究进展

连续碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（C_f/SiC）因其具有高比强、高比模、耐磨损、良好热稳定性以及耐高温等突出性能,成为航空、航天、高性能武器装备等高尖端领域极具潜力的热结构材料。但高温氧化是其工程应用上的弱点,会造成C_f/SiC复合材料性能的下降,直接影响到材料的使用寿命和安全性。分析C_f/SiC复合材料的氧化影响因素,从界面相、基体和表面涂层3个方面综述C_f/SiC复合材料高温抗氧化技术的研究进展,结果表明：不同的温度区间内C_f/SiC复合材料的氧化行为不同,而界面改性、涂层抗氧化和基体改性相结合是实现材料抗氧化的关键。     

SiC_P尺寸对铜基复合材料抗氧化性及磨损性的影响

采用粉末冶金法制备了SiC粒径分别为10、20和40μm的SiCP./Cu复合材料,对复合材料的抗氧化性和耐磨损性进行了研究,并对磨损形貌进行了观察.结果表明,在氧化温度为400～700℃时,SiCp/Cu复合材料的抗氧化性优于纯铜,粒径为20μm的SiCp,/Cu复合材料的抗氧化性最优.复合材料的磨损性能也随SiCp粒径的变化发生明显改变,在载荷≤100N时,SiCp粒径增大有助于提高复合材料的耐磨性,其磨损机制主要是磨粒磨损;随着载荷的增加,大粒径SiCp易于破损,复合材料磨损率剧增,其磨损机制是磨粒磨损及剥层磨损的复合作用.