一种碳—碳复合材料长寿命防氧化涂层的失效机制

用液相法联合ＣＶＤ法和硅化法制备了一种碳－碳复合材料复合梯度涂层，在上基础上对这涂层在氧化过程中的失效机制进行了研究。结果表明：氧化层与液相层界面反应生成的气相产物是涂层失效的根本原因。界面上气泡的不均匀形核。长大和破裂导致涂层表面出现孔洞，孔洞处气泡优先形核，长大和破裂并发展成为缺陷而使涂层失效。     

液相法制备联碳－碳复合材料Si－W防氧化涂层中的晶粒长大

研究了液相法制备Ｃ／Ｃ复合材料的Ｓｉ－Ｗ涂层及其在氧化试验中晶粒长大的过程实验结果表明：在涂层制备过程中，有液态Ｓｉ参与的Ｓｉ和Ｗ的液－固反应在生成ＷＳｉ２的同时，在被－固界面张力的作用下，ＷＳｉ２晶粒迅速靠近；在涂层氧化过程中，在ＷＳｉ２晶体界面能和液－固界面张力的联合作用下，ＷＳｉ２晶粒通过溶解－沉淀的方式发生异常长大．进一步的观察表明，涂层中的晶粒长大能提高涂层的防氧化性能．     

SiC/MoSi2-Si-Cr-B/玻璃涂层碳/碳复合材料抗氧化行为研究

采用两步包埋法及料浆涂刷-烧结法在二维碳布叠层碳/碳复合材料表面依次制备了SiC/MoSi2-Si-Cr-B包埋涂层及磷酸盐玻璃外涂层,研究了其在950℃静态空气环境中自由状态的抗热震、防氧化性能及不同弯曲变形状态下的防氧化性能,并借助X射线衍射分析仪及扫描电子显微镜对涂层试样的组成成分及微观组织形貌进行了分析.结果表明:950℃自由状态下该涂层体系的氧化失重率为负值,抗热震、防氧化效果良好;磷酸盐玻璃层在950℃软化熔融呈粘流态,可填补涂层内的裂纹和孔洞,阻止氧的入侵,有效提高了涂层整体的抗热震及抗氧化性能;但弯曲变形状态下,涂层试样的氧化失重率随形变量的增加而提高,形变会在一定程度上降低碳/碳复合材料抗氧化涂层的保护效果,加速材料的氧化失效.     

液相法制备碳—碳复合材料Si—W防氧化涂层中的晶粒长大

研究了液相法制备Ｃ／Ｃ复合材料的Ｓｉ－Ｗ涂层及其在氧化试验中晶粒长大的过程，实验结果表明：在涂层制备过程中，有液态Ｓｉ参与的Ｓｉ和Ｗ的液－固反应在生成ＷＳｉ２的同时，在液－固界面张力的作用下，ＷＳｉ２晶粒迅速靠近；在涂层氧化过程中，在ＷＳｉ２晶体界面能和液－固界面张力的联合作用下，ＷＳｉ２晶粒通过溶解－沉淀的方式发生异常生长，进一步的观察表明，涂层中的晶粒长大能提高涂层的防氧化性能。     

不同氧化物对C／C复合材料SiC涂层性能的影响

分别以MgO、Al2>O3和B2O3为添加剂,利用包埋法在炭/炭(C/C)复合材料表面制取了单层SiC涂层,并在这三种SiC涂层表而采用相同包埋工艺得到SiC外涂层.研究了这三种氧化物对SiC涂层组织结构及抗氧化性能的影响.通过SEM、EDS和XRD分析表明,以MgO为添加剂得到的单层SiC涂层疏松且含有大量孔洞;以Al2O3为添加剂得到的涂层较为致密,但存在部分孔洞;以B2O3为添加剂时涂层均匀、致密.在1500℃空气介质中的氧化实验表明,以B2O3为添加剂的双层SiC涂层(～200μm)可有效保护C/C复合材料200h不被氧化.     

喷涂功率对碳/碳复合材料表面羟基磷灰石涂层的影响

采用等离子喷涂技术在碳/碳复合材料表面制备了羟基磷灰石(HA)涂层,采用电子拉伸机和自制装置测定了不同喷涂功率下涂层与基体的抗剪强度,采用扫描电镜观察了涂层表面、剪切断裂表面的形貌,采用电子探针分析了试样截面的形貌和成分线分布.结果表明:随着喷涂功率的增加,涂层中HA颗粒的熔化程度和涂层与基体的抗剪强度均增加,涂层与基体的界面属于机械结合,其剪切断裂的形式主要有界面失效和涂层内部失效两种.     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

液相法制备碳－碳Si－Mo防氧化涂层

用液相法制备出Ｓｉ－Ｍｏ涂层防氧化Ｃ／Ｃ，并对Ｓｉ－Ｍｏ涂层的防氧化性能进行了测试。结果表明，Ｓｔ－Ｍｏ是一种性能优良的Ｃ／Ｃ防氧化涂层，可以在１６５０℃下工作１０小时以上。同时对氧化前后涂层的裂纹形貌进行了分析。     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

粘结层中Co与Ni元素含量对热障涂层组织及寿命的影响

高温服役过程中热障涂层的MCrAlY粘结层形成致密的氧化铝层,从而提高了涂层和基体的抗氧化性能。利用等离子喷涂制备的热障涂层,其粘结层中的Co与Ni的含量和界面微观结构是影响氧化的重要因素。通过在Ni基高温合金基体上利用低压等离子喷涂(LPPS)分别制备粘结层为CoNiCrAlY和NiCoCrAlY的热障涂层进行高温循环氧化实验,比较研究了这两种热障涂层在1 050℃下的循环氧化寿命和失效特征。研究表明粘结层表面形貌对氧化物的生长具有重要影响,其中CoNiCrAlY粘结层更易在TGO层中形成尖晶石氧化物,最终无法形成连续的Al_2O_3层,导致涂层失效,而NiCoCrAlY粘结层表现出不同的失效方式。同时,粘结层和基体中Ni、Co等元素在氧化过程中存在强烈的互扩散,Co与Ni含量对两种涂层BC/基体界面处宏观空洞的生长产生了不同影响。     

航空刹车用炭/炭复合材料的抗氧化研究

以多种金属磷酸盐和磷酸作为主料,以硼酸和酸溶性金属氧化物为辅料,再加入少量磷酸盐改性剂,配制成改性磷酸盐涂料。采用溶胶凝胶工艺在炭／炭复合材料上形成涂层。涂层炭／炭复合材料试样在高温空气气氛中进行热震试验和恒温氧化试验,结果表明改性磷酸盐涂层对炭／炭复合材料具有良好的氧化抑制作用。该涂层所用原材料价格低廉,成形工艺简便,具有良好的可操作性。     

C/C复合材料表面水热电泳沉积SiCn/SiC复合抗氧化涂层研究

采用水热电泳沉积法在SiC-C/C复合材料表面制备纳米碳化硅（SiC_n）涂层. 采用XRD和SEM对涂层的晶相组成、表面和断面的微观结构进行了表征. 主要研究了水热沉积温度对涂层的结构及高温抗氧化性能的影响, 并分析了涂层试样在1600℃的高温氧化气氛下失效行为. 结果表明：纳米碳化硅涂层主要由β-SiC组成. 涂层的致密程度和厚度随着水热沉积温度的升高而提高. 随着水热温度的提高, 涂层试样的抗氧化性能也有明显的提高. 在120℃水热沉积温度下制备的涂层试样可在空气气氛1500℃下有效保护C/C复合材料202h,而氧化失重仅为2.16×10^-3g/cm². 在1600℃下氧化64h后失重为3.7×10^-3g/cm². 其高温失效是由于长时间的氧化挥发后表面SiO2膜不能完全封填表面缺陷, 内涂层中产生了贯穿性的孔隙所致.     

Modelling of degradation of nickel-pigmented aluminium oxide photothermal collector coatings

Thermal degradation phenomena occurring in nickel-pigmented aluminium oxide coatings were investigated by combining detailed microstructural analysis with modelling of the optical properties. Scanning electron microscopy and Auger electron spectroscopy sputter profiling showed that the initial film consisted of a nickel-pigmented aluminium oxide layer close to the substrate. This layer supported a porous aluminium oxide layer that had a rough outer surface. While the solar absorptance degraded substantially (from 0.94 to 0.71) after heat treatment at 350°C for tens of hours, the aluminium oxide film morphology and thickness remained virtually unchanged and there was apparently no redistribution of nickel within the coating. Instead, the optical quality of the film degraded through oxidation of the nickel particles. These observations were supported by an optical model of the coating which produced the spectral reflectance properties measured both before and after the thermal ageing.     

ZrC-SiC-C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

以低密度C/C为坯体,采用前驱体浸渍裂解法(PIP)制备ZrC-SiC-C/C复合材料,研究其微观结构和烧蚀性能,并探讨其抗氧化烧蚀行为。结果表明:ZrC-SiC双元陶瓷相弥散分布于基体中,且各相界面结合良好;ZrC-SiC-C/C复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,经2 200℃/120s等离子体烧蚀后,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.67×10~(-4) mm·s~(-1)和6.04×10~(-4) g·s~(-1)。烧蚀温度为2 200℃时,材料表面形成的ZrO_2-SiO_2二元共熔体系氧化膜,有效抑制氧化性气氛向材料内部的渗透,减缓火焰对材料的剥蚀作用;烧蚀温度为2 500℃时,材料表面形成以表层为ZrO_2和底层为ZrO_2-SiO_2二元共熔体系的氧化膜,其中ZrO_2层阻挡热量向内部传递,有助于底层形成致密的氧化层。     

C/C复合材料Ta2O5-TaC/SiC抗氧化抗烧蚀涂层研究

采用包埋法和低压化学气相沉积(CVD)法在碳/碳(C/C)复合材料表面依次制备了Ta2O5-TaC内涂层和SiC外涂层,用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)及电子能谱(EDS)对涂层的相组成、微观形貌和元素组成进行了分析,研究了涂覆涂层后C/C复合材料在1 500℃静态空气中的防氧化性能及在氧-乙炔烧蚀中的抗烧蚀性能。结果表明:采用两步法制得的Ta2O5-TaC/SiC复合涂层结构致密,该复合涂层有效提高了C/C复合材料的抗氧化和抗烧蚀性能;Ta2O5-TaC/SiC复合涂层在1 500℃静态空气环境下可对C/C复合材料有效保护100 h以上;涂层试样在氧乙炔烧蚀环境中烧蚀60 s表明涂层可将C/C复合材料的线烧蚀率降低47.07%,质量烧蚀率降低29.20%。     

A Novel Method for Preparation of TaC Coating on C/C Composite Material

A new method for preparation of TaC coating on C/C composite material is reported. The amorphous ethylate tantalum jellied as the precursor is prepared and spread densely on the surface of the C/C composite material so as to form a multilayer film. In a graphitization furnace the multilayer film is transformed into TaC coating at various temperatures. Ethylate tantalum film is characterized by FT-IR (Fourier transform infrared) spectra, XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscopy) and TaC coating is characterized by XRD and SEM. At 1200℃the coating contained TaC and Ta2O5, and at above 1400℃only TaC is formed. The coating formed at 1600℃is a continuous stratum structure, and that formed at 1600℃is a porous net structure. Analysis on thermodynamics and formation mechanism of TaC indicates that, after ethylate tantalum is decomposed, Ta2O5 is first produced and then transformed into Ta2C, and newly formed Ta2C is transformed into TaC by the sufficient C at last.     

Ablation characteristics of mosaic structure ZrC-SiC coatings on low-density,porous C/C composites

Mosaic structure Zr C-SiC coatings were fabricated on low-density, porous C/C composites via thermal evaporation and an in-situ method. Zr C was packed in a typical lamellar mode, and the mosaic structure was formed by the deposition of Zr and Si atoms on the shallow surface of the porous C/C composites.Ablation analysis showed that the defects in the coatings originate from the boundary between the Zr C and holes created by the consumption of SiC at 2500?C. After ablation for 200 s at 3000?C, a dense ZrO_2 layer formed on the coating surface, and the defects were sealed owing to the continuous supply of ablative components. The mass and line ablation rates of the Zr C-SiC coatings were-0.46 ± 0.15 mg cm~(-2)·s~(-1) and-1.00± 0.04 μm s~(-1), respectively.     

MoSi2-SiC 抗氧化涂层对碳/碳复合材料弯曲性能的影响

在C/C 复合材料表面制备了MoSi₂-SiC 抗氧化涂层, 分析了涂层工艺对C/C 复合材料组织的影响, 测试了材料的室温弯曲力学性能。结果表明, 该工艺在C/C 复合材料表面生成抗氧化涂层的同时, 基材内部的层间和纤维束界面, 以及孔隙周围也被硅化。C/C 复合材料经涂层工艺处理后, 弯曲断裂行为发生改变, 弯曲强度明显升高,塑性有一定程度的降低。