等离子喷涂制备C/C复合材料SiC涂层的驻点烧蚀性能

目的在C/C复合材料表面制备SiC涂层,提高C/C复合材料抗烧蚀性能。方法采用真空等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备纯Si涂层,在惰性气氛保护下对涂层高温热处理,纯Si涂层与C元素在高温下反应,原位生成SiC涂层。利用电弧加热器在不同烧蚀温度下,分别考核涂层的驻点烧蚀性能,并采用OM、SEM、EDS和XRD等对烧蚀前后的微观形貌和物相成分进行分析。结果在C/C复合材料表面制备了致密的SiC涂层,涂层中没有明显的裂纹存在,并在涂层下方产生较深的渗透区域,深度超过涂层厚度。制备的SiC涂层在1400℃下烧蚀50 s,涂层完整,具有良好的驻点烧蚀性能;在1600℃和1650℃下烧蚀50 s,涂层部分剥落,C/C复合材料基体产生烧蚀。结论 SiC涂层在高温下氧化成Si O2玻璃态膜,并覆盖在C/C复合材料表面,对基体具有良好的保护作用。随着烧蚀温度的提高,在超音速气流的冲刷下,由于热膨胀系数不匹配和SiC主动氧化的原因,涂层在烧蚀面边缘出现剥落,且剥落现象越来越严重,涂层失去对C/C基体的保护作用,烧蚀性能下降。     

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。     

SiC涂层对C/C复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备抗氧化SiC涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究涂层的结构;通过氧乙炔焰烧蚀试验考察SiC涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能影响。结果表明:SiC涂层可明显提高C/C复合材料的高温短时耐烧蚀性能,经过20 s的高温氧乙炔焰烧蚀后,C/C复合材料试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为13μm/s和6.6 mg/s,SiC涂层试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为22μm/s和0.5 mg/s;在烧蚀中心区,涂层试样的烧蚀以升华分解为主,同时还伴有氧化烧蚀和微区机械剥蚀;在烧蚀过渡区,涂层的烧蚀机制以热氧化和燃气冲刷为主;而在烧蚀边缘区,涂层的烧蚀则主要表现为弱氧化烧蚀。     

C/C复合材料表面SiC-ZrB_(2)涂层的缺陷修复与抗烧蚀性能EI北大核心CSCD

碳/碳(C/C)复合材料表面涂层在制备与服役过程中易出现裂纹、凹坑和孔洞等缺陷,使涂层失去完整性而极易导致防护失效,目前常用的解决方法为更换整体涂层,成本高、工艺复杂、耗时长,因此快速高效的涂层轻微缺陷修复技术是解决这一难题的有效途径。通过大气等离子焰流在C/C复合材料表面SiC-ZrB_(2)(SZ)涂层表面预先构造缺陷,采用异丙醇以及高温下性能稳定的含硼聚氮硅烷胶粘剂作为修复剂,以SiC-ZrB_(2)粉末作为改性填料,Al_(2)O_(3)作为烧结助剂,对SZ涂层缺陷进行修复,研究修复前后涂层的微观结构演变与烧蚀防护性能。结果表明:经等离子焰流烧蚀后,未修复的SZ涂层试样中心出现圆形凹坑缺陷,裸露出C/C复合材料基底;而对于修复后的涂层试样,修复剂热解生成的SiBCN陶瓷和改性陶瓷填料均匀覆盖于缺陷处,使涂层保持较高完整性,且在氧乙炔烧蚀下生成致密的SiO_(2)玻璃膜可有效阻挡氧扩散,保护C/C复合材料免受机械冲蚀;修复后的涂层试样在氧乙炔焰流下烧蚀60s后线烧蚀率与质量烧蚀率分别为0.65μm/s和-0.28mg/s,相比于未修复涂层试样分别降低了83.54%和129.47%,修复后涂层的抗烧蚀性能得到显著提升。     

SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的抗氧化和耐烧蚀性能研究

碳/碳化硅复合材料(C/SiC)在使用时经常受到高温氧化和烧蚀作用。本文采用化学气相沉积(CVD)和浆料刷涂-烧结法制备了双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层,对比研究了无涂层,单层SiC涂层和双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料在1500℃下的氧化和在4.2 MW/m2热流密度下的烧蚀性能。结果表明,制备态ZrB2-SiC-B4C涂层致密、完整,表面平均粗糙度约为1 μm,孔隙率约为4.2 %。在1500℃氧化30 h后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料的质量损失率约为10%,涂层表面氧化膜致密,无明显裂纹。高温烧蚀20 s后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.0±0.3 μm/s和1.1±0.2 mg/s,与单层SiC涂层相比分别降低了75.0 %和50.0 %,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层烧蚀后形成的ZrO2-SiO2氧化膜可以减缓火焰对复合材料的机械剥蚀作用。     

ZrB2-MoSi2/SiC涂层C/C复合材料的制备及氧化性能（英文）

为了提高C/C复合材料的抗氧化性,在C/C复合材料基体上制备了ZrB2-MoSi2/SiC涂层。采用包埋法制备SiC中间层,采用喷涂法制备ZrB2-MoSi2外涂层。用XRD和SEM分别分析、测试所制备涂层的物相组成和显微结构,研究涂层复合材料的高温抗氧化性能。结果表明:C/C复合材料的外涂层由ZrB2、MoSi2和SiC三相组成;在1273K和1773K下分别氧化30h和10h后ZrB2-MoSi2/SiC涂层试样的质量损失分别为5.3%和3.0%,涂层表面长有纳米SiC晶须。C/C复合材料ZrB2-MoSi2/SiC涂层具有自愈合特性和良好的高温抗氧化性能。     

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。     

HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)复合涂层的制备及其抗氧化性能

为解决C/C复合材料的高温易氧化问题,依次采用前驱体浸渍裂解、反应熔体浸渗和料浆涂刷法在C/C复合材料表面制备HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)复合涂层。考察Si C涂层、HfB_2-WB_2-Si/SiC涂层和HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层C/C复合材料在1 500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层抗氧化效果优于HfB_2-WB_2-Si/Si C涂层和Si C涂层,前者试样氧化20 h后增重0.1%,后两者则分别失重0.9%和22.8%。HfB_2-WB_2-Si/SiC-SiC_(NW)涂层较好的抗氧化性能主要归因于涂层氧化形成的连续、具有较好流动性的HfSiO_4-SiO_2-WO_3复相玻璃以及SiC纳米线(SiCNW)对涂层的增韧作用,前者有效抑制了氧气向C/C复合材料基体内部的扩散,后者则使涂层内部裂纹的数量和尺寸明显减小。     

C/C复合材料高温抗烧蚀涂层的研究进展

C/C复合材料在高温燃气高速冲刷环境中的严重氧化烧蚀限制了其在航空航天等领域的广泛应用,采用抗烧蚀涂层技术是目前提高该材料高温抗烧蚀性能的有效方法。综述了近年来国内外C/C复合材料高温抗烧蚀涂层在玻璃涂层、金属涂层、陶瓷涂层等体系方面的研究进展,总结并评价了C/C复合材料抗烧蚀涂层的抗烧蚀性能测试技术及其研究成果,提出了C/C复合材料高温抗烧蚀涂层在未来研究中潜在的重点发展方向。     

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。     

碳/碳复合材料表面羟基磷灰石生物涂层的研究进展

综述了C/C复合材料表面HAp涂层的制备工艺研究进展,指出涂层与基体的结合是目前该材料存在的主要问题.在总结前人解决问题的基础上,提出了采用水热电沉积解决此问题的新方案.最后,展望了C/C复合材料表面HAp生物涂层的研究重点和发展趋势.     

碳／碳复合材料表面羟基磷灰石生物涂层的研究进展

综述了C／C复合材料表面HAp涂层的制备工艺研究进展，指出涂层与基体的结合是目前该材料存在的主要问题。在总结前人解决问题的基础上，提出了采用水热电沉积解决此问题的新方案。最后，展望了C／C复合材料表面HAp生物涂层的研究重点和发展趋势。     

CVI C／C复合材料及其表面HA涂层成骨细胞体外响应行为对比研究

采用声电化学工艺在CVI C／C复合材料表面制备了HA涂层，分别用SEM，XPS，EDAX和XRD表征了CVI C／C和HA的表面形貌、组成和结构，同时对比了成骨细胞在其表面的粘附、增殖和碱性磷酸酶活性的表达。制备的HA涂层为球状形貌，由纳米片状晶体构成。细胞培养初期，粘附于HA涂层表面的细胞数与CVI C／C表面的细胞数无显著差别，成骨细胞在CVI C／C表面易铺展在孔的边缘，8h后粘附于HA表面的成骨细胞数显著多于CVI C／C表面。HA涂层提高了细胞的增殖能力，成骨细胞碱性磷酸酶在HA涂层表面的表达也优于CVI C／C材料。结果表明，声电化学制备的HA涂层提高了CVI C／C材料的生物活性和生物相容性，可以加速成骨细胞的粘附、增殖、分化和成熟。成骨细胞在材料表面的粘附机制是由多因素综合作用的，材料的表面形貌和生物活性在细胞粘附过程的早期发挥着重要作用。     

润滑状态对C/C复合材料摩擦磨损特性的影响

在M-2000型摩擦磨损实验机上,对3种C/C复合材料与40Cr钢配副分别在干态、水润滑、油润滑3种条件下的摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:在3种润滑条件下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,体积磨损最小;基体炭为树脂浸渍炭的试样在3种试样摩擦系数最高,约为0.141～0.205;水润滑时试样的摩擦系数最小,为0.05～0.10,但体积磨损最大,最高可达7.75 mm3油润滑时试样的摩擦系数和体积磨损均介于干态和水润滑之间;干摩擦时,试样的摩擦系数随着载荷增加而缓慢降低,水润滑和油润滑的摩擦系数则随着载荷的增加而先增加后减少;干态摩擦时材料表面形成了完整的摩擦膜,水润滑和油润滑条件下摩擦膜很薄且不完整;所有润滑条件下试样均以磨粒磨损或犁削磨损为主.     

C／C复合材料抗烧蚀TaC涂层的制备

报道1种制备C／C复合材料抗烧蚀TaC涂层的新技术。用红外光谱、XRD及SEM分析和表征醇基钽膜，用XRD和SEM分析和表征TaC涂层。制备出的醇基钽是非晶态结构，在C／C复合材料上将这种凝胶铺展形成致密的多层膜。在石墨化炉中多层膜被转化为TaC涂层。在1200℃时，形成的涂层中含有TaC和Ta2O5。高于1400℃时涂层中只有TaC存在。1600℃时所形成的涂层是1种连续致密的层状结构，1400℃时所形成的涂层是1种多微孔的网状结构。     

C／C坯体对RMI C／C—SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维（Cf）针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍炭化（IC）方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C／C坯体，采用反应熔渗（RMI）法制备C／C—SiC复合材料，研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明：不同C／C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相；密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多；密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系，IC处理的坯体开口孔隙度低，但渗硅后复合材料的密度增加较多；IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应，CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应，在Cf和SiC之间有热解C存在；坯体密度相同时，IC处理的坯体中SiC量较多，单质Si相含量少且分散较好，而CVI坯体中SiC量较少，单质Si相的量较多；制备方法相同时，高密度的C／C坯体，渗硅后C相较多。     

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。     

锆掺杂C/C复合材料的制备及微观结构研究

以醋酸锆溶液和石油沥青为原料,通过浸渍法制备出锆掺杂C/C复合材料,并研究了其致密化规律和高温下的抗氧化性能,利用XRD和SEM分析了锆在C/C复合材料中的存在形式和分布状态。结果表明,C/C复合材料中掺杂的锆经1000℃和1600℃处理后完全转化为单斜纳米ZrO2晶体和立方纳米ZrC晶体,纳米ZrO2均匀分布于材料的基体中和碳纤维表面。1500℃下锆掺杂C/C复合材料的氧化速率仅为0.0054wt%/s,较纯C/C复合材料的抗氧化性能得到明显提升。     

预制体对C／C复合材料热膨胀系数的影响

以天然气为前驱气体,整体碳毡和2D针刺碳毡为预制体,采用热悌度化学气相渗积技术制备了两种C／C复合材料,其表观密度均为1．74g／cm^3。借助光学显微镜和扫描电子显微镜观察了热解碳基体的生长特征和微观形貌,采用热膨胀仪测量了两种材料的热膨胀系数（CTE）,研究了由不同预制体增强C／C复合材料的CTE,解释了造成材料不同方向CTE差异的主要原因。结果表明,随着温度升高,材料A和B的CTE是逐渐升高的,且Z向CTE值均大于XY向。当两种材料在Z向的纤维体积分数接近时,随着XY方向纤维体积分数增大,材料在Z向的CTE增大,在XY向的CTE降低,两种材料存XY和Z向的CTE旱如下分布：αB—z〉dAz〉αA—xy〉αBxY-C／C复合材料的CTE主要取决于纤维体积分数和排市、碳基体及材料中的孔隙分布情况,前者起决定作用。     

C/C复合材料表面原位生长SiC_w的工艺

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法在C/C复合材料基体上原位生长碳化硅晶须,研究稀释气体流量、催化剂以及沉积温度对碳化硅晶须生长的影响。结果表明:有催化剂存在时可以制备具有较高长径比的SiCw,无催化剂制备的SiC主要以短棒状或球状SiC为主;随着稀释气体流量或者沉积温度的增加,SiCw的产率是先增加、后减少,在1 100℃、载气和稀释气体流量均为100 mL/min时,制备的碳化硅晶须的产率最高,晶须质量最好。