高温氧化及热震对SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层炭/炭复合材料力学行为的影响

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,同时分析涂层制备及高温氧化对涂层材料力学行为的影响,在C/C复合材料表面采用反应熔渗、料浆涂刷结合化学气相沉积工艺制备了SiC/ZrB2-SiC/SiC三层高温抗氧化涂层。利用SEM和XRD分析复合涂层的微观结构和相组成,考察涂层复合材料1500℃高温抗氧化和1500℃-室温的抗热震性能,研究高温氧化及热震对涂层C/C复合材料力学行为的影响。结果表明,复合涂层试样1500℃静态空气环境下具有优异的抗氧化及抗热震性能:1500℃氧化20 h后试样保持增重,1500℃至室温热震50次后增重为0.69%。因涂层制备过程中粉料的渗入反应,复合材料弯曲强度增长了7.08%。在经历1500℃氧化20 h和1500℃至室温50次热震后,涂层复合材料弯曲强度有所下降,且因材料界面结合力的减弱使得纤维拔出特征明显,材料塑性断裂特征增强。     

C/C复合材料的SiC/Si-B4C涂层在500~1 500℃的抗氧化机制

为提高C/C复合材料的宽温域抗氧化性能,开发了一种新型SiC/Si-B₄C复合涂层,利用热重法对C/C复合材料的SiC/Si-B₄C复合涂层进行氧化试验,研究了试样从室温到1 500℃的氧化行为,在1 500℃保温2 h后,试样增重仅为2.21%。分别对SiC、Si和B₄C三种粉体进行了不同温度（500~1 500℃）的氧化试验,分析了涂层各组分的高温氧化行为,阐明了SiC、Si和B₄C的有效抗氧化温域,通过氧化动力学计算得到SiC和Si的氧化活化能分别为196.7 kJ/mol和167.3 kJ/mol。结果表明,SiC/Si-B₄C涂层中各组分的抗氧化性能形成了良好的协同作用,复合涂层具有良好的宽温域自愈合能力,在600~1 500℃范围内表现出良好的抗氧化性能。     

多涂层炭/炭复合材料抗1500℃燃气冲刷性能的研究

为提高炭/炭(C/C)复合材料的抗高温燃气冲刷性能,分别采用包埋法、化学气相沉积法和料浆法在其表面制备了三层涂层.借助扫描电镜、电子能谱等测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析,同时研究了涂层C/C复合材料在高温风洞环境中的抗冲刷性能,并分析了涂层在燃气冲刷环境下的失效原因.结果表明:三层涂层由MoSi2-SiC-Si多相内涂层、SiC中间层和玻璃外涂层构成,其厚度分别为80μm, 20μm和80μm.该复合涂层可在1500℃风洞环境下对C/C复合材料有效保护53h.涂层在高温风洞中防氧化失效是由于涂层在热冲击以及承受气流冲击的恶劣环境下开裂引起的.     

C/C复合材料高温长寿命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-WSi₂/MoSi₂抗氧化复合涂层; 通过恒温氧化实验以及X射线衍射分析、扫描电镜观察及能谱分析, 研究了W、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: 随着包埋粉料中W、Mo含量的增加, 所制备复合涂层的厚度先增加后减小; 含有10.0at％ W和Mo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WSi₂和MoSi₂含量相对较高; 氧化过程中在涂层表面形成致密和稳定的SiO₂玻璃保护膜; 在1500℃氧化315h后, 带有该涂层的C/C试样仍然没有失重, 且经过18次1500℃←→室温急冷急热后涂层没有开裂和脱落, 说明该涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能.     

3D C/SiC复合材料的热辐射性能

利用稳态量热计法和傅里叶红外光谱仪分别测定了3D C/SiC复合材料在90℃时的半球向总发射率和室温法向光谱反射率,研究了表面形貌、涂层厚度及高温氧化对3D C/SiC热辐射性能的影响。结果表明:3D C/SiC具有优异的热辐射性能,其总发射率可达0.83;随着SiC涂层厚度的增加,3D C/SiC总发射率先降低后上升;高温氧化后,3D C/SiC的热辐射性能有所提高。      

多涂层炭/炭复合材料抗1500℃燃气冲刷性能的研究（英文）

为提高炭/炭(C/C)复合材料的抗高温燃气冲刷性能,分别采用包埋法、化学气相沉积法和料浆法在其表面制备了三层涂层。借助扫描电镜、电子能谱等测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析,同时研究了涂层C/C复合材料在高温风洞环境中的抗冲刷性能,并分析了涂层在燃气冲刷环境下的失效原因。结果表明:三层涂层由MoSi2-SiC-Si多相内涂层、SiC中间层和玻璃外涂层构成,其厚度分别为80μm,20μm和80μm。该复合涂层可在1500℃风洞环境下对C/C复合材料有效保护53h。涂层在高温风洞中防氧化失效是由于涂层在热冲击以及承受气流冲击的恶劣环境下开裂引起的。     

SiC/Mo-Si复合涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用化学气相沉积法(CVD)和刷涂法在C/SiC复合材料表面制备抗氧化涂层。该涂层由致密的CVDSiC层和多孔的Mo-Si层交替组成,其结构从里到外为:CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层。涂层试样于1400℃的氧化实验和1400℃100℃的热震实验结果表明:在氧化和热震过程中,涂层均保持完整,没有出现脱落和掉块等失效现象。经1400℃、150h氧化后,涂层试样的失重率仅为0.25%,失重速率为6.61×10-6g.cm-.2h-1。在热震过程中,涂层试样基本保持氧化增重。经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为95.73%和81.61%。SiC/Mo-Si复合涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,可对C/SiC复合材料提供1400℃、长时间的氧化防护。     

炭/炭复合材料SiC/SiC+mullite/mullite涂层制备及其高温性能

为提高炭/炭复合材料的防氧化性能,采用包埋法与超音速等离子喷涂法相结合,在其表面制备了SiC/SiC+mullite/mullite多层防氧化涂层.外涂层主要组成是莫来石(mullite)相.对涂层试样进行了1 500℃恒温氧化和1 500℃～室温热震测试.实验结果表明,涂层试样经1 500℃恒温氧化150 h后,失重率仅为0.26%;经1 500℃～室温15次热震后,失重率仅为0.25%,显示出较优异的防氧化、抗热震性能.莫来石(mullite)具有良好的耐高温性能、低的氧扩散率,且SiC涂层氧化生成的SiO2在高温下能够愈合裂纹等缺陷,这是SiC/SiC+mullite/mullite涂层较好防氧化能力的主要原因.     

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.     

C/C复合材料SiC/W-Mo-Si抗氧化复合涂层研究

为了防止C/C复合材料高温氧化,采用两步包埋法在其表面制备SiC/W-Mo-Si抗氧化复合涂层,研究了促渗剂B2O3和制备温度对该复合涂层在1500℃静态空气中防氧化能力的影响.结果表明,在第一步包埋粉料中含有B2O3会增加SiC过渡层缺陷含量,降低单一SiC涂层和复合涂层抗氧化性能.第二步包埋制备外涂层的适宜温度为2 250℃,所形成的复合涂层结构致密,有良好的自愈性和优异的抗氧化性能.能在1 500℃保护C/C复合材料抗氧化170 h以上.产生穿透性裂纹是涂层失效的主要原因.     

C/C复合材料SiC/ZrB_2-MoSi_2复合涂层的抗氧化机制

采用包埋法和刷涂法在C/C复合材料基体上制备SiC/ZrB2-MoSi2抗氧化涂层,并利用SEM和XRD等测试手段对抗氧化涂层的组织结构、抗氧化性能和抗氧化机制进行了研究。研究结果表明,SiC内涂层可有效解决外涂层ZrB2-MoSi2与C/C复合材料基体间热膨胀系数差异较大的难题。刷涂法制备的ZrB2-MoSi2外涂层虽然有大量的龟裂纹,但涂层试样在1500℃空气中氧化10 h,失重率仅为3.58%,涂层具有很好的自愈合能力,表现出优异的高温抗氧化性能和抗热震性能。     

C/C复合材料磷酸盐防氧化涂层

由涂刷法制备了四种不同配比的新型炭／炭（C／C）复合材料磷酸盐防氧化涂层，通过研究确定了优化涂层方案，涂覆有该涂层的C／C复合材料试样在700℃下空气中氧化100h后，失重率仅为0．952％，热震实验和浸海水恒温氧化实验证明该涂层仍具有良好的抗氧化性能。涂覆有该涂层的C／C复合材料在600℃～800℃时的Arrhenius曲线由两条折线组成，折点为700℃，在600℃～700℃下的氧化表观活化能为139kJ／mol；700oC～800℃下则为93kJ／mol。     

炭/炭-陶瓷/炭多元复合材料的原位热压制备与性能

以纤维素和凹凸棒石(PG)为原料,在220℃下水热24h制备凹凸棒石/炭(PG/C)复合材料。采用浸渍-炭化工艺在炭/炭(C/C)复合材料中引入PG/C作为添加剂,一步热压对材料最终成型,原位获得C/C-陶瓷/C复合材料。研究了添加PG/C对C/C力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:PG/C在热压过程中转变为顽辉石/C,顽辉石/C通过"填充"和"桥联"起增强作用,顽辉石陶瓷表面负载纳米炭层有效避免了陶瓷相与基体炭间弱结合的产生。随着PG/C中表面负载纳米炭含量的减少,C/C的强度逐渐增加。当炭含量为13%的PG/C作为添加剂时,C/C的抗弯强度为263MPa,弹性模量为47GPa,相对于没有添加剂的C/C抗弯强度提高了45%,弹性模量提高了42%;相对于以PG作为添加剂的C/C抗弯强度提高了16%,弹性模量提高了27%。添加PG/C使C/C抗氧化性得到了提高;1 000℃下C/C的质量损失降低了12%~18%。     

C/C复合材料板烧蚀中热传导的非线性分析

在高压高热流作用下, 高马赫数飞行器防热层常用耐高温的 C/C复合材料出现烧蚀现象。考虑到C/C复合材料的高温导热系数为温度的函数, 基于傅里叶传热定律和高温烧蚀机制, 利用FORTRAN语言编程计算分析了C/C复合材料板烧蚀中热传导特性。结果表明: 较低热流入射时, 物体表面温度变化速率与内部的不同; 随时间的推移, 受热表面的温度趋于一致, 而背面温度相差较大; 物体内部温度分布趋势大体相同。较高热流入射时, 表面出现烧蚀现象, 温度急速升高, 并维持在某一温度值保持动态平衡。      

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀机理的影响

通过对炭／炭复合材料（C／C）和添加难熔金属碳化物炭／炭复合材料（C／C＋MC）的微观结构对比分析，研究了二者在电弧加热器上的烧蚀机理。结果表明，难熔金属化合物（MC）在烧蚀过程中进入到距表层几个微米之内的纤维和基体炭微晶内，明显影响了相邻微晶的形貌。MC的存在，一方面，加大了机械剥蚀等力学因素引起的质量损失，增大了试样表面粗糙度，从而进一步加重了烧蚀；另一方面，MC具有降低碳的升华总量的效应。从综合效应来看，C／C＋MC复合材料的烧蚀速率比C／C复合材料高。     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的组织特征

利用新型、高效的模压半炭化成型工艺，在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料制品，并借助光学显做镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察。通过分析，解释了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料中炭纤维损伤的形成机制，提出了作为增强体相的短切炭纤维和焦炭颗粒与基体炭之间独特的界而结构模型。研究还表明：复合材料中明显存在着基体相和颗粒相一基体相的显微结构不仅呈层片状，而且层片状的结构好像数层桔子皮，将颗粒相包裹起来，这种“桔皮包裹”式的结构与炭纤维表面的POG结构基本相似。     

单向炭布叠层C/C复合材料的热压法制备及其性能

以经表面处理的石墨、单向炭布、和沥青粉为原料,通过热压烧结制备炭布叠层C/C复合材料.考察了炭布含量对材料密度、孔隙率、弯曲强度以及摩擦磨损的影响,采用MM200摩擦磨损试验机进行了环-块摩擦磨损实验,并借助SEM表征了材料的弯曲断口和磨痕形貌.结果表明:当炭布质量分数为50％时,C/C复合材料的综合性能最好,抗弯强度为112.2MPa,密度为1.72 g/cm3,摩擦系数为0.28,磨损率为3.68×10-13 m3·N-1·m-1.弯曲实验中材料呈“假塑性”方式破坏,断口出现大量纤维的拔出.石墨相含量的增加有利于形成较好的摩擦膜,降低磨损率,保持摩擦系数稳定.     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能

利用模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料（简称SCFRC）。研究了短切炭纤维的体积分数对SCFRC材料的体积密度和力学性能的影响规律。借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察，分析了短切炭纤维对SCFRC材料的增强机制。结果表明，当短切炭纤维的体积分数由0％增大到11．8％时，SCFRC材料的力学性能随之呈线性增加；短切炭纤维增强SCFRC材料的机制主要有裂纹偏转效应、桥联效应以及脱粘和拔出效应。     

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀微观结构的影响

详细分析和比较了3D炭／炭复合材料及其添加难熔金属碳化物的试样在三种烧蚀条件下的烧蚀结果、微观结构及形貌。SEM观察结果显示，纤维与基体间的界面优先烧蚀现象对纯炭／炭试样是普遍存在的，相反，对难熔金属碳化物掺杂的炭／炭试样而言，纤维却总是优先被烧蚀；纤维单丝相对基体优先烧蚀越明显，材料宏观烧蚀率越大。对纯炭／炭试样烧蚀表层区的TEM观察结果表明，在烧蚀过程中炭纤维和基体炭均发生明显的微观结构变化，具体表现为炭纤维的微晶尺寸显著长大，而基体炭原有层片区则出现柱状炭。烧蚀测试条件对材料宏观和微观形貌及烧蚀机理都有影响：     

表面多孔炭/炭复合材料骨组织改建支架的生物学性能及其表征(英文)

采用炭/炭复合材料制备了骨组织改建支架,并对所制支架进行了表面形貌观察、痕量元素分析和体内生物学性能评价。结果表明:所制支架能够有效实现对自体移植骨的支撑和骨性融合,生物相容性良好。亦即,表面多孔炭/炭复合材料能够满足作为骨组织改建支架材料的成分要求。