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.     

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)。     

Effect of Thermal Shock and Oxidation on Mechanical Property of Carbon/Carbon Composites with a Silicide Coating

A SiC whisker-toughened MoSi2-SiC-Si coating was prepared on carbon/carbon (C/C) composites surface by a two-step technique of slurry and pack cementation, and the effects of thermal shock and oxidation on the mechanical property of the coated C/C were studied. The flexural strength of C/C composites was improved by 6.8% after coated by SiC whisker-toughened MoSi2-SiC-Si. After thermal cycle between 1773 K and room temperature in air for 10 times, the mass loss of the coated sample was 5.08% and the percent...     

TaSi2 Oxidation Protective Coating for SiC Coated Carbon/Carbon Composites

为提高碳/碳复合材料在高温下的氧化防护性能,利用包埋技术在碳/碳复合材料表面制备了TaSi2/SiC复合涂层。通过XRD、SEM 和 EDS分析了涂层的晶相结构和形貌特征,在1773 K的空气介质中对TaSi2/SiC涂层碳/碳复合材料进行等温氧化实验。结果表明,复合涂层厚度为200 μm,涂层中含有SiC, Si 和TaSi2相,并且涂层中没有明显裂纹出现。EDS结果显示外层TaSi2相可有效地填充内层SiC涂层的空隙,使得内外两层涂层之间没有明显的界面,等温氧化实验曲线说明TaSi2/SiC复合涂层在1773 K的空气介质中可有效保护碳/碳复合材料233 h。     

表面硅化对C/C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层 ,研究了制备工艺对涂层和C/C复合材料组织结构的影响。结果表明 :硅化反应时间对C/C复合材料的SiC涂层厚度影响不大 ;C/C复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比 ,更易与Si反应生成SiC ,说明碳纤维的稳定性高于热解碳 ,Si通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

Si/Zr质量比对SiC/ZrC涂层微观结构及其抗氧化性能的影响

采用反应熔体浸渗工艺在C/C复合材料表面制备了SiC和SiC/ZrC抗氧化涂层,并利用XRD、SEM和EDS等分析手段研究了浸渗粉料中Si/Zr质量比对抗氧化涂层的相组成和微观结构的影响,考察了SiC和SiC/ZrC涂层在1 400℃静态空气气氛中的抗氧化性能,初步探讨了SiC/ZrC涂层的抗氧化机制。研究结果表明,随着浸渗粉料中Si/Zr质量比由4.5∶1.5降至2∶4,制得的SiC/ZrC涂层表面涂层致密性呈现先增后降的趋势,而涂层厚度则逐渐减小。当Si/Zr质量比为3∶3时,制得SiC/ZrC涂层C/C复合材料表现出优良的抗氧化性能,在空气气氛中1 400℃氧化6h后增重0.5%左右,而SiC涂层C/C复合材料在相同条件下氧化5h后失重率达到26.71%。SiC/ZrC涂层优异的抗氧化性能与其表面形成的一层致密、连续的ZrSiO4-SiO2-ZrO2玻璃膜有关。     

SiC-Glass涂层碳/碳复合材料的中低温氧化行为及机制研究

为揭示具有良好高温(1300～1600 ℃)抗氧化性能的SiC-Glass涂层在中低温(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.     

C/C复合材料表面CoNiCrAlTaHfY/Co复合涂层的组织

在H2+Ar等离子刻蚀后的C/C复合材料表面进行等离子渗Co和CoNiCrAlTaHfY共渗复合处理,形成CoNiCrAlTaHfY/Co多元复合涂层,通过与刻蚀前后制备的CoNiCrAlTaHfY涂层对比分析,研究了刻蚀与Co过渡层对CoNiCrAlTaHfY/Co复合涂层组织、成分及结合强度的影响。结果表明,刻蚀前、后形成的CoNiCrAlTaHfY涂层厚度分别为10μm和14μm。刻蚀处理后,原棒状炭纤维与紧密包裹其的碳基体分别被刻蚀成针状和薄壁管,在炭纤维与基体碳之间形成孔隙,比表面积也相应增大,促进元素形核和扩散,使涂层与基体结合强度增加。在刻蚀表面与CoNiCrAlTaHfY多元涂层间增加Co过渡层,形成的CoNiCrAlTaHfY/Co复合涂层厚约30μm,复合涂层成分连续,组织均匀致密,由CrCoTa,Al2Ta,Cr2Ta,Alx Cry,Al Co2Ta,Co,AlxNiy组成,Co过渡层与CoCrAlTaHfYNi表层分别以三维岛状和柱状生长。CoNiCrAlTaHfY表层/Co过渡层/基体间的互扩散导致涂层与基体间的结合力明显提高。     

工艺因素对水热改性C/C复合材料抗氧化性能的影响

以一定配比的Al_2O_3粉和磷酸溶液组成的悬浮液作为水热处理前驱体,采用水热法对C/C复合材料基体进行了防氧化改性.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)仪分别对改性试样的物相组成、显微结构及化学元素组成进行表征.重点研究了水热反应时间、水热反应釜填充比等工艺因素对改性C/C复合材料的物相组成、微观形貌及抗氧化性能的影响.结果表明:水热改性方法是一种行之有效的提高C/C复合材料基体抗氧化性能的手段.经过水热改性处理,试样的抗氧化性能明显提高;延长水热反应时间和增大水热釜填充比都有利于基体抗氧化性能的提高;在水热釜填充比为70%、水热温度为200 ℃的条件下,改性处理72 h的C/C复合材料在700 ℃的静态空气中恒温氧化10 h后氧化失重仅为2.31%.     

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。     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

C/C复合材料SiC-TaSi2/MoSi2抗氧化复合涂层研究

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC-TaSi2/MoSi2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,研究了包埋粉料中Ta,Mo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,Ta,Mo摩尔比为1:1时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,氧化过程中在该涂层表面形成致密和稳定的玻璃态SiO2保护膜.在1500℃氧化326 h和经过23次1500℃至室温间的急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为0.97%,表明该涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能.     

新型SiC-MoSi2/Al-O-Ti炭/炭抗氧化复合涂层的制备及其性能研究

采用包埋和涂刷法制备出一种新型的炭/炭复合材料抗氧化涂层,它由自愈合内涂层、热膨胀系数匹配过渡层、氧阻挡层三层复合而成.用SEM,XRD对它的组分和形貌进行了表征,同时测试了涂层在1 000,1 300和1 400℃下的抗氧化性能和抗热震性能.实验结果表明:该涂层能在1 400℃下有效保护炭/炭材料达50 h以上,经过...     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。     

碳/碳复合材料超高温抗氧化铱涂层研究现状

综述了碳/碳复合材料抗氧化铱涂层的制备技术,阐述了该涂层应用存在的问题及解决方法,并对碳/碳复合材料超高温抗氧化铱涂层的发展趋势进行了展望。     

C／C复合材料Mo-Si-N抗氧化涂层的制备

在C／C复合材料表面采用熔浆法制备Mo—Si系涂层的烧结过程中通入氮气，开发了Si3N4．MoSi2／Si—SiC（Mo-Si-N系）多层抗氧化涂层，并初步考察了涂层的抗氧化性能。结果表明，多层涂层的致密性主要受制于起始氮化温度。只有在Si熔点以上通入氮气，才能获得致密无缺陷的涂层。多层涂层的底层为SiC，外层为Si3N4，中间层为MoSi2／Si。这种多层涂层的抗氧化性能与涂层中MoSi2的含量有关；MoSi2含量为30％（体积分数，下同）和40％时，与真空中合成的Mo-Si涂层相比，高温抗氧化性能显著改善，抗氧化温度提高到1400℃～1450℃。     

Si添加对TiN涂层微结构、力学及抗氧化性能的影响

借助EDX、XRD、SEM及纳米压痕研究了采用磁控溅射技术制备的TiN和Ti-Si-N涂层的微观组织结构和力学性能。研究表明:TiN和Ti-Si-N涂层均呈面心立方结构,Si元素的加入使TiN涂层的组织形貌由柱状晶结构转变为Si3N4界面相包裹纳米晶TiN的纳米晶复合结构;由于界面强化效应,Si的加入使涂层的硬度显著增加;涂层的应力也随着Si元素的加入而增加;Si的加入使TiN涂层的抗氧性得到明显改善。     

Fe/Cr涂层抗高温氧化性能研究

采用电弧喷涂技术,用Fe/Cr粉芯丝材制备出新型的耐高温抗氧化涂层.使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析仪器研究了Fe/Cr涂层的抗高温氧化性、高温氧化动力学及其微观结构,并与传统的NiCr合金涂层进行了对比.试验结果表明:该涂层的抗高温氧化性能较好,与传统的NiCr合金涂层相比具有一定的优势;表面生成均一致密的Cr2O3膜是其抗高温氧化性能优异的主要原因.     

W-SiC-C/C复合材料制备及等离子烧蚀性能

目的提高C/C复合材料在超高温下的抗烧蚀性能。方法采用化学气相沉积法,在C/C复合材料表面制备SiC过渡层,然后以惰性气体保护等离子喷涂工艺在带有SiC过渡层的C/C材料表面制备W涂层,研究所制备的W-SiC-C/C复合材料的微观形貌与结构特征。以200 kW超大功率等离子焰流,考核W-SiC-C/C材料的抗烧蚀性能,并与无涂层防护的C/C材料进行对比分析。结果W涂层主要为层状的柱状晶结构。W涂层与SiC过渡层、过渡层与基体界面呈镶嵌结构,结合良好。SiC过渡层阻止了W、C元素相互迁移与反应。在驻点压力为4.5 MPa、温度约5000 K、热流密度为36 MW/m²的烧蚀条件下,当烧蚀时间小于10 s时,涂层对C/C材料起到了较好的保护作用,W涂层发生氧化烧蚀,基体未发现烧蚀,平均线烧蚀率为0.0523 mm/s;当烧蚀时间超过15 s后,涂层防护作用基本失效,基体C/C材料发生烧蚀现象。结论以W涂层、SiC过渡层为防护的C/C复合材料,能够适用于短时间超高温的烧蚀环境,如固体火箭发动机等。W涂层的熔融吸热、氧化耗氧以及SiC过渡层的氧化熔融缓解涂层热应力和氧扩散阻碍的联合作用,提高了C/C材料的抗烧蚀性能。     

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.