炭/炭复合材料高温抗氧化涂层的研究进展

阐述了近年来国内外炭/炭复合材料高温抗氧化涂层在玻璃、贵金属、陶瓷以及复合涂层等涂层体系方面的新近展,总结了炭/炭复合材料高温抗氧化涂层在已有制备工艺的完善以及新工艺的开发等方面的最新研究成果,结合涂层炭/炭复合材料在航空、航天以及军事领域的应用背景对高温抗氧化涂层的下一步发展趋势进行了展望.指出：目前的研究结果尚达不到严酷环境下的应用要求,炭/炭复合材料高温抗氧化涂层下一阶段将向着长寿命、耐高温、抗冲刷和低成本的方向发展;涂层新工艺的开发和涂层与基体结合研究将是下一步的研究重点;多相复合涂层和梯度陶瓷涂层有望取得在高温冲刷环境下长时间应用的突破性进展.     

炭/炭复合材料表面高温抗氧化合金涂层的研究进展

炭/炭(C/C)复合材料高温下易氧化,严重制约了其应用.高温合金涂层技术是解决该问题的有效手段.综述了近几年来C/C复合材料高温抗氧化合金涂层的最新研究进展,介绍了Si-Cr系、Si.Mo系、Sj-Mo-X(W,Ta,Cr)系、Al基以及Ir系舍金涂层的高温抗氧化性能,分析了部分合金涂层失效的原因,提出了C/C复合材料...     

炭/炭复合材料表面C/SiC/Si-Mo-Cr多层复合防氧化涂层研究(英文)

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,采用料浆涂刷法首先在C/C复合材料表面制备了预炭层,然后以Si粉及石墨粉(Si粉与石墨粉的质量配比为:60～80:10～25)为原材料采用包埋法经高温热处理获得C/SiC内涂层,最后在涂有C/SiC内涂层的C/C复合材料表面采用包埋法制备Si-Mo-Cr外涂层。借助扫描电镜、X射线衍射、电子能谱等分析测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析,研究了涂层C/C复合材料在1 873 K和1 973 K下的氧化行为。结果表明:由于涂层氧化过程中表面生成了SiO2和Cr2O3复合玻璃层,其在1 873 K温度下表现出优异的防氧化性能,可以有效保护C/C复合材料达135 h。当氧化温度提高至1 973 K并氧化30 h后,该复合涂层氧化过程玻璃层完整性被破坏,涂层失效。     

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.     

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%。      

炭/炭复合材料硼硅酸盐玻璃涂层制备及性能研究

系统研究了SiO2与B2O3之比、高熔点添加剂种类(包括MoSi2,Y2O3,SiC)及含量对硼硅酸盐(SAB)玻璃涂层高温稳定性、高温流动性的影响规律和最佳工艺参数组合,采用涂刷法在带有疏松结构的SiC内涂层炭/炭(C/C)复合材料表面制备了高温稳定性和流动性良好的硼硅酸盐玻璃外涂层,并测试了带有不同SiC/硼硅酸盐玻璃复合涂层C/C复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能.结果表明:采用SiO2,B2O3摩尔比为4∶1时所得硼硅酸盐玻璃具有相对较高的高温流动性和高温稳定性;与添加Y2O3,SiC相比,在上述硼硅酸盐玻璃中添加MoSi2可以较大幅度提高所得玻璃涂层对C/C基体的氧化保护性能,并且当硼硅酸盐玻璃外涂层中硼硅酸盐与MoSi2的质量比为4∶1时,所得硼硅酸盐玻璃外涂层对SiC-C/C表现出较好的氧化保护能力,氧化17h后涂层C/C试样的失重仅为4.31%.     

炭/炭复合材料SiC/Mo(Si_x、Al_(1-x))_2抗氧化涂层(英文)

为了提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,应用多相反应技术在C/C复合材料表面制备SiC/Mo(Six、Al1-x)2复合涂层。利用扫描电镜、电子能谱、X射线衍射仪等测试手段对涂层材料的微观结构和物相组成进行分析,同时研究涂层C/C复合材料在超音速气流中的抗氧化性能。结果表明,C/C复合材料表面形成的抗氧化涂层显示出明显的双层结构,从外向内分别为Mo(Six、Al1-x)2与SiC的复合层和纯SiC层,同时有少量的Mo4.8Si3C0.6存在于涂层中。在温度为1800K、气体速率1500m/s的超音速气流中氧化冲刷96 s,以及在2550 K和室温下热循环24次的测试条件下,制备的SiC/Mo(Six、Al1-x)2涂层材料均未发生破坏现象。涂层材料优良的抗氧化性能和抗热震性能主要归因于基体C/C复合材料的高强度以及在氧化过程中材料表面形成的连续稳定的SiO2和Al2O3玻璃相。     

沥青化学添加剂对人造炭抗氧化性的改善

引言以前关于C/C复合材料在高温下(2000F)的抗氧化研究,集中在使用耐火材料涂层上,这些耐火材料涂层的氧化保护机理是在一定的温度操作过程中,通过所产生的粘性玻璃密封C/C材料在氧化中的裂纹,但是,由于炭基体和涂层之间热膨胀系数不同而产生的裂纹,导致了氧化性能的降低。目前,还没有任何涂层方法对C/C复合材料在中温和高温下提供满意的氧化保护,因此,有必要采用内部密封层或氧化抑制剂来增强炭基体本身的抗氧化性能。本文主要研究利用抑     

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。     

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复合材料高温抗氧化涂层的研究现状与展望

C/C复合材料在高温下的氧化严重制约了该材料在航空航天领域的推广应用,涂层技术是目前解决该材料高温易氧化的最佳手段.本文综述了C/C复合材料高温抗氧化技术在玻璃涂层、金属涂层、陶瓷涂层和复合涂层等体系方面的研究现状,总结了C/C复合材料高温抗氧化涂层在传统制备工艺的改善以及新方法的开发等方面取得的研究成果,并提出了C/C复合材料高温抗氧化涂层当前研究中存在的问题和今后潜在的发展方向.     

BN/SiC复合涂层改性炭纤维的吸波性能研究

以尿素、硼酸为原料, 采用浸涂工艺先在炭纤维表面制备BN涂层, 再以三氯甲基硅烷为前驱体, 采用化学气相沉积工艺在纤维表面沉积SiC涂层, 制得了BN/SiC复合涂层改性炭纤维。对BN/SiC复合涂层改性炭纤维的微观结构、抗氧化性能、介电性能及吸波性能进行了研究。结果表明: 炭纤维表面BN涂层的厚度约为0.1 μm, SiC涂层的厚度约为0.7 μm。炭纤维经表面BN/SiC复合涂层改性后, 抗氧化性能明显提高, 开始明显氧化失重温度从560℃提高到790℃, 最终氧化温度从780℃提高到1200℃以上; 且介电性能得到有效改善, 吸波性能显著提高。相比于未改性炭纤维, 厚度为2 mm的BN/SiC复合涂层改性炭纤维的最小反射率减小到-13.3 dB, 小于-10 dB的带宽增加至2.5 GHz。     

C/C复合材料再生利用新技术研究

确定了一种碳／碳（简称C／C）复合材料飞机刹车盘再生利用新技术,通过对再生后样品力学性能测试和SEM分析表明其层间剪切强度比未再生前高,层间破坏未发生在粘接面上。研制出了与再生炭盘相匹配的防氧化涂层,实验表明这种涂层具有良好的氧化防护性能。地面动力模拟试验证明这种技术安全可靠,用其再生的炭盘满足飞机使用要求。     

掺杂改性C/C复合材料研究进展

陶瓷掺杂改性碳/碳(C/C)复合材料在保持C/C复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下,显著提高了C/C复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能,且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势,是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。综述了国内外在SiC陶瓷掺杂改性C/C复合材料,ZrC,ZrB2超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料以及TaC,HfC超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料等方面的最新研究进展和应用情况,并分析了陶瓷掺杂改性C/C复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。     

不同粒度二氧化硅粉末对炭/炭复合材料防氧化涂层的影响

研究二氧化硅微米粉和纳米粉质量分数分别为6%,12%,18%和24%时所形成的防氧化涂层对炭/炭复合材料抗氧化性能的影响,并对涂层氧化前后的组成、形貌变化进行X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜分析(SEM)。结果表明:随着SiO2微米粉含量的增加,涂层氧化失重率先减后增,其最佳含量为18%,氧化失重率0.38%;而添加SiO2纳米粉涂层则随着含量的增加,氧化失重率增加,其含量最低为6%时,氧化失重率最小,为2.88%。     

SiC-Si-ZrSiO_4 Multiphase Oxidation Protective Coating for Carbon/Carbon Composites

In order to improve the anti-oxidation property of carbon/carbon （C/C） composites, a novel SiC-Si-ZrSiO4 multiphase oxidation protective coating was produced on the surface of C/SiC coated carbon/carbon compo ites by a pack cementation technique. The phase composition and microstructure of the as-prepared coatings were characterized by XRD （X-ray diffraction）, SEM （scanning electron microscopy） and EDS （energy dispersive spectroscopy）. Oxidation behavior of the multiphase coated C/C composites was also investigated. It showed that the as-prepared coating characterized by excellent oxidation resistance and thermal shock re- sistance could effectively protect C/C composites from oxidation at 1773 K for 57 h in air and endure the thermal cycle between 1773 K and room temperature for 12 times, whereas the corresponding weight loss is only 1.47%. The excellent oxidation protective ability of the SiC-Si-ZrSiO4 coating could be attributed to the C/SiC gradient inner layer and the multiphase microstructure of the coating.     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)抗氧化改性研究

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为原料, 采用浸渍-热转化方法, 在低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)中短切碳纤维表面成功包覆硅氧氮(SiON)涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)等分析测试手段对碳纤维表面的SiON涂层进行了形貌和物相分析, 结果表明: 涂层主要由Si、O、N元素组成, 在PHPS浓度为3wt%和5wt%条件下制备的涂层均匀、致密, 随着PHPS浓度的提高, 涂层厚度增加, 但易发生结块。当PHPS浓度为10wt%和20wt%时, 制备的SiON涂层出现结块并且存在裂纹。采用热重分析和等温氧化实验对纯CBCF和SiON涂层改性的CBCF复合材料抗氧化性能进行考核, 结果显示碳纤维表面包覆SiON涂层能够显著提高CBCF复合材料的抗氧化性, 随着PHPS浓度增大, 低密度CBCF复合材料抗氧化性能显著提高。     

超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究

通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳/碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳/碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2 500℃,600 s烧蚀后烧蚀量仅为碳/碳复合材料的1/5,给出了超高温本体抗氧化碳/碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。