ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料的循环氧化烧蚀行为

难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而,ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料,剖析了1600 ℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化,根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理,并利用1700 ℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明,经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。     

基体改性C／C—HfC—HfB2-SiC复合材料抗烧蚀性能研究

以碳化铪有机前驱体、硼化铪有机前驱体和聚碳硅烷混合溶液为浸渍剂,采用化学气相渗透（CVI）和液相浸渍-裂解（PIP）T艺制得了准3DC／C-HfC-HfB2-SiC碳陶复合材料。采用电弧风洞结合扫捕电子显微镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）对复合材料的结构及氧化失效行为进行了初步探讨。结果表明,高密度的基体改性C／C．HfC—HfB2-SiC复合材料具有良好的抗烧蚀性能,复合材料在2300K／600S电弧风洞（含水5％）试验条件下的质量烧蚀率和线烧蚀率分别仅为1．22×10^-6g／（cm^2·s）和1．33X10^-5mm／s。密度和温度对复合材料抗烧蚀性能影响较大,密度从2．63g／cm^3增加到3．75g／cm^3时,复合材料在2300K条件下的线烧蚀率降低了3个数量级,当温度从2300K升高的2400K时,高密度复合材料的线烧蚀率增加了约1000倍,烧蚀过程中较高密度的复合材料表面容易形成更为致密的氧化膜是其具有良好的抗氧性能的重要因素。     

航空刹车副用C/C复合材料的氧化行为

对B(波音 ) 75 7和B76 7飞机用C/C复合材料刹车盘试样的氧化行为进行了研究。在实验温度范围内 ,B75 7的刹车盘材料氧化损失率与温度有三段式关系 ,而B76 7的有二段式关系 ,所对应的氧化敏感温度分别约为6 0 0和 70 0℃ ;在氧化敏感温度以上和以下氧化动力学曲线分别为直线型和指数型 ;B75 7刹车材料为 2层薄炭毡中间夹 1层纤维布组成的单元叠层构成 ,纤维布的纤维方向互成 90 ;B76 7刹车材料为无捻长纤维按一定角度旋转铺层 ,并在层面上辅加适量随机取向的短纤维束。材料氧化时首先在纤维与基体交界处氧化 ,基体炭氧化较深 ,纤维炭氧化成针尖状 ;但B75 7刹车材料的炭毡纤维氧化程度较深而成管状。     

原位合成TiB/Ti基复合材料的氧化行为

研究了TiB/Ti基复合材料在550,600和650℃空气中的恒温氧化行为,分析了增强体TiB对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并用X射线衍射仪和配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析.结果表明:该复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线类型;TiB/Ti基复合材料的氧化层由金红石型的氧化物TiO2组成,没有发现B2O3的氧化物;增强体TiB能够提高钛基复合材料的抗氧化性,而且随着TiB增强体含量的增加,钛基复合材料的抗氧化性增加;这主要是因为TiB增强体促进了致密氧化膜的生成.     

包埋添加剂对 SiC-ZrC 涂层 C / C 复合材料结构和性能的影响

目的研究不同氧化物添加剂对Si C-Zr C涂层C/C复合材料相组成、微观结构和抗氧化性能的影响。方法采用包埋法,分别以Al2O3,B2O3和Mg O作为添加剂,制备Si C-Zr C涂层C/C复合材料,分析相组成及微观结构,考察复合材料在1000~1550℃静态空气气氛中的抗氧化性能。结果以Al2O3作为包埋添加剂制得的涂层致密,而以Mg O为添加剂制得的涂层较疏松。在1000~1550℃的静态空气气氛中,随着氧化温度的升高,以Al2O3为添加剂制得的复合材料失重率逐渐减小,在1550℃氧化1 h后仅为1%;以B2O3和Mg O为添加剂制得的复合材料失重率逐渐增加,在1550℃氧化1 h后分别达到15%和36%。结论与B2O3添加剂相比,Al2O3和Mg O添加剂更能促进包埋粉料的扩散。以Al2O3作为包埋添加剂制得的Si C-Zr C涂层C/C复合材料具有较好的高温抗氧化性能。     

Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/SiC复合材料结构和性能的影响,为Cf/SiC复合材料的低温制备探索可行之路.研究表明,采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf/SiC复合材料力学性能,其弯曲强度达到329.6 MPa,剪切强度32.1 MPa,断裂韧性14.7 MPa·m1/2.并采用差热(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等对先驱体聚碳硅烷(PCS)及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究.     

裂解温度对聚硅氧烷转化Cf/Si-O-C复合材料界面结构和弯曲强度的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备碳纤维二维编织布增强Si-O-C复合材料(Cf/Si-O-C),探讨了裂解温度对材料界面结构和弯曲强度的影响.研究发现,当倒数第二周期的裂解温度从1 100℃提高到1 400℃时,可以弱化纤维/基体的界面结合强度,从而提高材料的弯曲强度.     

预氧化对TiC-TiB2/MoSi2复合材料低温氧化行为的影响

研究了20vol％TiC-TiB2/MoSi2复合材料和高温预氧化处理后材料在500℃的低温氧化行为.结果表明,该复合材料在500℃的氧化动力学基本呈线性关系,氧化240h后增重1.67 mg· cm-2,表面生成的氧化层呈疏松多孔并出现“粉化”现象;1200℃预氧化处理的材料在500℃氧化240h后仅增重0.062 mg· cm-2,没有出现“粉化”现象;预氧化处理后的材料表面形成致密的TiO2和SiO2复合保护膜提高了复合材料的低温抗氧化能力.     

纤维排布方式对KD-I/SiC复合材料性能的影响

采用国产KD-I型SiC纤维为增强体,通过先驱体转化工艺制备了SiC/SiC复合材料.研究了二维织物和针刺毡等纤维排布方式对复合材料显微结构和物理以及力学性能的影响.结果表明,与针刺毡增强SiC/SiC复合材料相比,2D SiC/SiC复合材料的纤维体积分数和密度较高、孔隙率低、所需制备时间短、成本低、面内性能好,但同时损失了Z向性能.在不同工况下应用的SiC/SiC复合材料应根据具体使用要求来选择纤维排布方式.     

熔硅浸渗工艺快速制备C/SiC复合材料的非等温氧化行为

以针刺整体毡为预制体,采用化学气相沉积（CVD）增密制备C/C多孔体,用熔硅浸渗（MSI）工艺快速制备C/SiC复合材料,通过非等温热重分析研究材料低温下的氧化反应动力学和反应机理。结果表明：C/SiC材料的非等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为l：g（A/min^-1）=8.752,Ea=169.167 kJ/mol。MSI工艺中,纤维因硅化损伤产生的活性碳原子易先发生氧化,使C/SiC材料起始氧化温度仅为524℃,比C/C材料约低100℃,且氧化产生大量的裂纹和界面,使材料在氧化初期即具有大的氧化反应速率,C/C材料则出现氧化反应速率滞后现象。     

Pyrolysis mechanism of ZrC precursor and fabrication of C/C-ZrC composites by precursor infiltration and pyrolysis

C/C-ZrC composites were prepared by precursor infiltration and pyrolysis using the organic zirconium as precursor. The conversion mechanisms of the precursors such as the thermal behavior, structural evolution, phase composition, microstructure, composition of the precursors and products were analyzed by thermal gravimetric analyzer, Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction and scanning electron microscope. The results indicate that the ZrC precursor transforms to inorganic ZrO₂ from room temperature to 1200 °C, then reduces to ZrC at 1600 °C through the carbothermal reduction reaction. The microstructure of the C/C-ZrC composites was also investigated. The composites exhibit an interesting structure, a coating composed of ZrC ceramic covers the exterior of the composite, and the ZrC ceramic is embedded in the pores of the matrix inside the composite.     

Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备了2DC／SiC复合材料，研究了低温裂解工艺（裂解温度低于1000℃）对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响，为Cf／SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明，采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf／SiC复合材料力学性能，其弯曲强度达到329．6MPa，剪切强度32．1MPa，断裂韧性14．7MPa·m^1/2。并采用差热（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等对先驱体聚碳硅烷（PCS）及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。     

AlN和AlN/BN层状复合陶瓷的高温氧化行为

采用循环氧化法对单相AlN和层状AlN/h-BN复合陶瓷在1000及1300℃空气中的氧化动力学曲线进行研究.结果指出,在1000℃时,层状AlN/h-BN复合陶瓷的氧化增量低于单相AlN陶瓷;在1300℃时,其氧化动力学曲线分为缓慢增重、快速氧化增重和抛物线增重3个阶段,由xRD分析及扫描电镜观察发现,在1300℃氧化30 h后,试样已不存在BN相,并且由于界面层BN的氧化挥发而残留有微孔.     

先驱体转化法制备Diamond/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备出Diamond/SiC复合材料,重点研究制备工艺参数对复合材料致密度等性能的影响规律。结果表明:PCS裂解产生的β-SiC与基体中α-SiC和Diamond的界面相容性良好,有利于Diamond/SiC的致密化;模压压力、浸渍液浓度以及预氧化处理等制备工艺参数是影响Diamond/SiC复合材料致密度的主要原因;Diamond/SiC多孔坯经7个周期的PIP处理后可成为致密度较高的Diamond/SiC复合材料。     

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。     

Oxidation behavior of CVI,MSI and CVI+MSI C/SiC composites

The oxidation behavior of chemical vapor infiltration(CVI),molten silicon infiltration(MSI)and CVI+MSI C/SiC composites at 500-1 400℃was studied.The oxidation below 900℃increased successively for CVI,CVI+MSI and MSI composites.However,the oxidation of CVI composite above 1 000 ℃was much faster thanthat of MSI and CVI+MSI composites. As active carbon atoms produced by siliconization of fibers during MSI process were oxidized first and decreased initial oxidation temperature.The initial oxidation temperature of MSI,MSI+CVI and CVI composites was 526,552 and 710℃,respectively.New active carbon atoms were generated due to the breaking of 2D molecular chains during oxidation,so the activation energy of three C/SiC composites was decreased gradually at 500-800℃with oxidation process,exhibiting a self-catalytic characteristic.     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。     

Effect of La Surface Coatings on Oxidation Behavior of Aluminum Alloy/SiCp Composites

The oxidation behavior of aluminum-matrix-composites (A3 xx.x/SiCp) has been studied after La deposition with conversion and electrolytic treatments. Kinetics data of the corrosion process were obtained from gravimetric tests performed at different temperatures (350, 425 and 500°C). The nature of the corrosion products and the influence of the microstructure on the morphology and growth of the oxidation layer were analyzed by scanning-electron and atomic-force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray diffraction. The extent of oxidation degradation in untreated composites was characterized by a phenomenon of oxidation preferentially localized in matrix/SiCp interfaces favoring MgO formation. La coatings favored a homogeneous oxidation of the composite surface favoring MgAl₂O₄ spinel formation. In addition, this oxide increased the surface hardness of materials.