炭/炭复合材料抗氧化涂层的制备及其性能研究

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雅宝题库解析：
炭/炭复合材料是一种炭纤维增强炭基复合材料，除了具有高比强度、低热膨胀系数、耐摩擦磨损、抗酸碱腐蚀等优异性质外，它的特异性还体现在随着温度升高该种材料的强度不会降低反而升高，这一系列特性使得它被广泛应用于航空航天、火箭鼻椎和飞机刹车盘等领域。但是炭在370℃以上的有氧环境下会逐步被氧化，并且氧化速度在温度达到500℃以上时会迅速增大，这对材料本身造成了毁灭的破坏，极大地限制了该种材料的广泛应用。因此有效解决材料的抗氧化难题成为了该种材料能够被广泛应用的关键。本文以研制出有效的炭/炭抗氧化涂层为目标，通过包埋与刷涂相结合的方法制备出了一种新的三层复合涂层，并借助XRD、SEM和失重测试等手段分析了所制备涂层的组份、形貌和抗氧化抗热震性能，并对涂层的抗氧化机理以及失效机理进行了分析，主要的研究内容与结果如下：(1)炭/炭复合材料的氧化是从表面缺陷以及炭基体和炭纤维之间的界面开始，在氧化后期，基体炭先被氧化完全，而只剩下炭纤维裸露，氧化从纤维径向缺陷开始逐步侵蚀到内芯，逐步的炭纤维变得越来越细直至氧化消失(2)通过Mo的加入烧结生成高温下具有流动性的MoSi2，比起单纯的SiC内涂层能更加有效的保护材料本体；通过正交实验设计，确定出最佳内涂层配方：25-35wt.%Si, 30-40wt.%Mo, 10-20wt.%SiC, 3-8 wt.%SiO2 和3-8wt.% B2O3，该包埋法制备出的内涂层致密完整，截面厚度103μm左右(3)中间Al-O-Ti匹配层的设计，利用该种材料极低的表观热膨胀系数，极大地缓解了内涂层与C/C基体在热处理及高温等温氧化时存在的热应力，使得涂层表现出了优异的抗热震性能(4)该复合涂层能在1400℃有效保护C/C复合材料，氧化50h后材料失重仅为2.66%，并且涂层在1400℃-室温的热震循环20次后涂层保持完整