C/C-SiC复合材料表面Y2O3-ZrO2-Al2O3涂层的涂刷法制备及其抗高温氧化性能

为了提高C/C复合材料的抗高温氧化性能,用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC内涂层,再在其上刷涂制备Y2O3-ZrO2-Al2O3多组分涂层,对制备涂层的各种影响因素进行分析,确定最佳制备工艺,并考察了该涂层的组织结构和抗高温氧化性能。结果表明:最佳制备条件为以SiC为内涂层、10%聚乙烯醇(PVA)为分散剂,以Y2O3,ZrO2,Al2O3,Si及C为原料,室温涂覆,升温到1 873 K保温30 min,反复进行5次;该涂层在1 873 K下氧化19 h,失重率仅1.76%,有良好的短期抗高温氧化性能,氧化29 h时失重率为6.23%,涂层可能已破坏失效;涂层的失效是由于其表面形成的孔洞和裂纹不能愈合而导致的。     

炭/炭复合材料表面Mo-Si熔浆涂层中剩余Al对其1370℃抗氧化性能的影响

Si粉预涂层中添加Al能够有效阻止液态Si过度渗入C/C复合材料内部。实验考察Al添加剂对C/C复合材料表面Mo-Si熔浆涂层抗氧化性能的影响,对比研究了Si预涂底层中Al添加量分别为6%和10%时,Mo-Si熔浆涂层C/C复合材料1370℃的氧化行为。借助金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜及能谱仪等分析手段对比分析Al含量不同的两种涂层氧化前后的组织结构,探讨了过量Al添加对涂层C/C复合材料氧化行为的影响机理。结果表明,Al-Si预涂底层中Al含量达到10%时,Mo-Si熔浆涂层中出现了散布于MoSi2颗粒周围的剩余Al相;1370℃氧化过程中,含有剩余Al相的Mo-Si熔浆涂层C/C复合材料抗氧化性能迅速减弱。氧化过程中,涂层中剩余Al相向外扩散,在涂层内部留下相互连通的空洞,成为氧气扩散的通道,降低了涂层的氧阻挡能力;此外,剩余Al相在向外扩散过程中氧化生成含有Al2O3的疏松多孔的氧化层,不能有效阻止氧的扩散。这两个因素最终导致含有剩余Al相的涂层丧失防护能力,使得C/C复合材料基体氧化失重。     

炭/炭复合材料磷酸盐涂层的抗氧化性能研究

为防止飞机刹车副用炭/炭(C/C)复合材料在刹车过程中氧化失效,研究了以磷酸、氧化硅和磷酸盐等为原料所制备的磷酸盐涂层的抗氧化性能,结果表明:涂覆有涂层的C/C复合材料在700 ℃氧化66 h后,其氧化失重率仅为1.11%;涂层试样在1 200 ℃氧化5 min后,失重率不超过0.8%;经900 ℃、3 min←→室温、2 min 100次热震后,涂层试件失重率为1.6%.涂层与基体结合牢固,一直保持完好,没有剥落,说明该涂料具有耐高温、热稳定性好等优点,适合作为C/C复合材料表面防氧化涂层.     

SiC涂层对熔渗SiCf/SiC复合材料高温服役性能的影响

采用化学气相沉积法(CVD)在熔渗制备的SiC_f/SiC复合材料表面沉积了SiC涂层,通过高温氧化试验研究了涂层对复合材料高温服役性能的影响,结果表明：在1 200℃空气环境中氧化100 h后,无涂层试样的室温平均弯曲强度为424 MPa,弯曲强度下降了36.2%;而有涂层试样的室温平均弯曲强度为631 MPa,弯曲强度仅下降6.9%。SEM和XRD表征显示,无涂层试样中SiC纤维的氧化和BN界面层的退化失效是复合材料弯曲性能下降的重要原因,断口纤维拔出较少,呈脆性断裂特征;而有涂层试样表面氧化生成SiO₂氧化膜,其厚度增加过程服从抛物线规律。由于SiC层的封闭保护作用,复合材料试样受到的氧化作用较小,弯曲性能更好,断口纤维拔出明显。     

炭/炭复合材料用SiC-Glass涂层的高温氧化机理

采用包埋法和预涂-烧结法相结合的组合工艺在炭/炭(C/C)复合材料表面制得SiC-Glass复合涂层, 并借助X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对该复合涂层进行了表征, 研究了涂层C/C试样在不同温度下的氧化动力学规律。结果表明: 复合涂层具有双层结构, 包埋SiC内层由β-SiC相和少量游离硅相组成, 外层由MoSi₂颗粒掺杂的硼硅酸盐玻璃构成; 内外层之间结合紧密; 在1300~1600℃的空气气氛中, SiC-Glass涂层表现出良好的抗氧化性能, 其氧化激活能为118.1kJ/mol, 氧化主要受控于氧在Glass层中的体扩散速率; 在1600℃空气气氛中氧化65h后, SiC-Glass涂层C/C试样的氧化失重率仅为1.02%。      

三氧化二铝含量对铁/氧化铝复合材料复介电常数的影响

采用柠檬酸硝酸盐法制备含不同氧化铝含量的铁氧体,并用氢还原该铁氧体得到含不同氧化铝量的超细与纳米粉混合的铁粉.粉末颗粒外形呈针状和片状.铁/氧化铝复合材料的复介电常数实部随氧化铝含量增加,而逐渐下降.介电常数损耗随氧化铝含量增加,而逐渐下降,且损耗峰逐渐向高频移动.通过加入铁中的氧化铝含量可以调节铁的复介电常数.     

包埋法制备SiC涂层内残留Si的高温抗氧化作用机制

采用包埋法在C/C基体上制备了SiC涂层, 借助X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对涂层的相组成及微观形貌进行了观察和分析, 研究了涂层在1500℃静态空气中的氧化行为, 并进一步阐述了涂层的抗氧化机制。结果显示: 包埋法制备的涂层由α-SiC、 β-SiC及游离Si组成, 经XRD半定量分析得到不同工艺制备的涂层中游离Si含量不同; 游离Si含量越高涂层越致密; 氧化性能显示涂层中适量的游离Si有利于涂层的抗氧化, 当涂层中游离Si质量分数为1.3%和2.9%时其抗氧化性能均较好, 在1500℃静态空气中氧化7 h失重率分别为0.19%和0.16%。      

炭/炭复合材料高温抗氧化MoSi2/SiC复合涂层及其抗氧化特性

采用两段式包埋法和封闭处理的复合新工艺制得抗氧化性优良的MoSi₂/SiC复合梯度C/C复合材料高温抗氧化涂层。涂层由内至外结构为:SiC过渡层→SiC致密层→MoSi₂/SiC双相层→以MoSi₂为主的外层。对未封闭处理的涂层,制备过程中高温保温时间长的氧化失重少,1200℃、1300℃空气中氧化失重比1400℃、1500℃氧化失重大。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的SiO₂可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃空气中氧化一定时间后,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重;封闭处理后的试样为氧化增重,氧化52h仍然只有1.28%的增重,封闭处理使涂层的抗氧化性能明显改善。      

Al2O3填料对SiCf/BN/SiC复合材料弯曲强度和高温吸波性能的影响

用有机先驱体浸渍裂解(PIP)法制备SiC_f/BN/SiC复合材料,研究了微米Al₂O₃粉体对其弯曲强度、高温介电和高温吸波性能的影响。结果表明,随着Al₂O₃的含量从5%提高到20%,SiC_f/BN/SiC的弯曲强度呈现出先升高后降低的趋势,最大值达到295 MPa;随着温度的升高复合材料复介电常数的实部和虚部均逐渐增大,加入Al₂O₃填料能降低高温复介电常数及其随温度增大的幅度。无填料复合材料的室温和高温吸波性能均较差,而添加20% Al₂O₃的复合材料在8.2~12.4 GHz频段的室温反射损耗均低于-8 dB,且适用厚度为3.0~3.5 mm,700℃时厚度为3.0 mm的反射损耗为-5~-8 dB,在实际工程应用中具有较强的可设计性。     

涂层对复合材料残余应力的影响

由于复合材料组分的热物理性能不同引起的残余应力是影响复合材料性能的一个重要因素,有必要对其进行认真的研究.本文利用热弹性力学值解,提出了在单向纤维增强复合材料体系中,纤维表面附着涂层的复合材料残余应力的分析模型.     

碳含量对无压烧结碳化硅陶瓷的显微组织和力学性能的影响

在碳化硼添加量为1wt％的条件下,考察不同碳含量对2000℃下制备的无压固相烧结碳化硅陶瓷的显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:物相分析显示不同C含量的SiC陶瓷样品的XRD衍射图谱近似相同,其中主相均为SiC,检测到少量C,未检测到B4 C相.当C含量为3wt％时,SiC陶瓷样品的力学性能达到最佳,其相对密度、抗折强度、断裂韧性与维氏硬度分别为98.6％、452 MPa、4.5 MPa·m1/2和30 GPa.继续增加碳含量,SiC晶粒存在局部异常长大现象,相应样品的力学性能也有所下降.     

碳/碳复合材料SiC/Al-Si涂层微观结构及抗氧化性能研究

采用料浆法在碳/碳复合材料碳化硅(SiC)内涂层表面制备了Al-Si合金外涂层,采用XRD和SEM分析了涂层的微观结构,并测试了带有SiC/Al-Si复合涂层的碳/碳复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能.结果表明:Al-Si合金外涂层主要成分为Al3.21Si0.47,含有少量Al2O3;SiC/Al-Si复合涂层厚度约为120μm,无穿透性裂纹;SiC/Al-Si复合涂层的抗氧化性能明显优于单一SiC涂层,氧化17h后涂层试样的质量损失未超过5%.     

纳米碳含量对碳/碳化硅陶瓷的机械加工性及与玻璃熔体润湿性的影响

采用无压烧结法制备纳米碳颗粒(nano-Cp)改性碳化硅陶瓷 (C_p/SiC), 研究了不同纳米碳含量对C_p/SiC陶瓷的机械加工性及与玻璃熔体润湿性的影响。通过XRD和SEM对C_p/SiC陶瓷进行物相和显微分析。研究结果表明: 随着可加工相纳米碳含量的增加, C_p/SiC陶瓷的机械加工性能得到明显改善。根据陶瓷材料的机械加工指数(M)综合评价, M₁₅=0.921＞M₂₅=0.547＞M₅=0.056＞M₀=0.021(下标数字代表碳含量), 且15wt%C_p/SiC中的碳颗粒预先被氧化, 抑制了C_p/SiC陶瓷基体表面形成SiO₂, 阻止了C_p/SiC陶瓷与玻璃熔体的润湿, 使夹具材料与玻璃熔体不发生粘接, 适合用作玻璃夹具材料。     

Preparation and Microstructure of a Si-Mo Fused Slurry Coating on Carbon/Carbon Composites for Oxidation Protection

A coating of composition Si-40Mo (wt pct) was prepared by fused slurry coating method on the two-dimensional carbon/carbon (2D-C/C) composite to improve oxidation resistance. In the procedure of the fabrication, pure St slurry inner layer in the pre-coating was necessary to apply because of infiltration of liquid Si into the substrate during the sintering. The coating consists of Si continuous phase and MoSi2 particles. In addition, the infiltration of Si into the substrate and the SiC reaction layer between the coating and the C/C composite were observed. Oxidation resistance and the thermal shock resistance of the Si-Mo fused sluury coating were quite excellent at 1730℃     

W-Mo-Si/SiC Oxidation Protective Coating for Carbon/Carbon Composites

A W-Mo-Si/SiC double-layer oxidation protective coating for carbon/carbon （C/C） composites was prepared by a two-step pack cementation technique. XRD （X-ray diffraction） and SEM （scanning electron microscopy）results show that the coating obtained by the first step pack cementation was a thin inner buffer layer of SiC with some cracks and pores, and a new phase of （WxMo1-x）Si2 appeared after the second step pack cementation. Oxidation test shows that, after oxidation in air at 1773 K for 175 h and thermal cycling between 1773 K and room temperature for 18 times, the weight loss of the W-Mo-Si/SiC coated C/C composites was only 2.06%. The oxidation protective failure of the W-Mo-Si/SiC coating was attributed to the formation of some penetrable cracks in the coating.     

镍基高温合金Pt/Si共改性铝化物涂层的制备及抗高温氧化性能

为研究Si元素对Pt改性铝化物涂层抗高温氧化性能的影响规律,利用电镀Pt和Al-Si共渗包埋法制备出一种Pt/Si共改性铝化物涂层,对涂层进行了1 000℃恒温氧化试验,并采用XRD、SEM、EDS分析了涂层氧化前后的组织结构。结果表明:在Pt改性铝化物涂层中添加Si元素可以降低涂层表面的孔洞,使涂层更加致密、均匀;2种涂层在1 000℃温度下氧化300 h后均有大量的β-(Ni,Pt)Al相残留,依然具备保护基体的作用;Si元素一方面可以降低涂层与基体的互扩散速率,另一方面却加剧了涂层表面氧化皮的剥落;综合看来Si对Pt改性铝化物涂层的抗高温氧化性能提高效果不明显。     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.     

稀土La对渗铝层及其抗高温氧化性能的影响

稀土元素La对传统的铝层的结构及其抗高温氧化性能的影响机理尚未充分定型.以低碳钢为基体,预置纯镍和Ni-La2O3复合电镀层,采用固体粉末法进行渗铝,对渗铝试样进行高温氧化试验.用光学显微镜(OM)、扫描电镜及能谱(SEM/EDAX)等方法对试样进行了分析,发现稀土元素La促进了渗铝的过程,使渗铝层中铝含量较高,质量分数为35%,并且渗层组织细小均匀,表面质量好;高温氧化后,Ni-La镀层渗铝层表面形成的氧化膜薄而致密,氧化增重较小,具有较好的抗高温氧化性能.     

炭/炭复合材料抗氧化研究进展

C/C复合材料的高温氧化性能限制了其在高温领域的更广泛应用.简要介绍了C/C材料的氧化机理,综述了两种主要的抗氧化方法,即基体改性和涂层技术;并就涂层体系的要求、基本结构和影响因素作了详细介绍,同时对C/C复合材料抗氧化研究发展的趋势提出了一些见解.