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碳/碳复合材料SiC/γ-Y2Si2O7抗氧化复合涂层的研究

2020-12-07阅读(116)

碳/碳复合材料SiC/γ-Y2Si2O7抗氧化复合涂层的研究

论文摘要

碳/碳（C/C）复合材料具有优异的高温性能,在航空航天等领域有极其广阔的应用前景,但高温易氧化成为C/C复合材料使用的瓶颈问题。抗氧化涂层是解决这一问题的有效手段。SiC陶瓷具有与C/C复合材料较为匹配的物理化学相容性而成为最理想的内层材料。同时,硅酸钇的结构特点及具有高熔点、低氧气渗透率、低热膨胀系数、低高温挥发率、低热传导率等优异的物理化学特性使其成为理想的隔热抗氧化涂层材料。目前,单相的γ-Y2Si2O7作为高温防护涂层还未见报道。本实验新设计了一种以SiC为内层,γ-Y2Si2O7为外层的抗氧化复合涂层。采用料浆法和包埋法两种不同的工艺制备了SiC内涂层并讨论了涂层的形成机理。利用XRD、SEM、EDS对涂层的成分、微观形貌和结构进行分析和对比,结果表明,包埋法在1600℃保温3h制备的涂层主要由单一的β-SiC组成,涂层连续,厚度均匀,与基体材料呈锯齿交错结合,并生成丰富的SiC纳米晶须,加强了SiC晶粒之间的结合。本实验采用料浆法制备了γ-Y2Si2O7外涂层,研究了涂层的成分、微观结构以及抗氧化性能,并讨论了涂层的抗氧化机理及抗氧化失效的原因,结果表明外涂层为单一的γ-Y2Si2O7相,在热重测试中,带有SiC/γ-Y2Si2O7涂层的C/C复合材料的起始氧化温度提高了大约300℃；在1100℃的恒温氧化和循环氧化过程中,与C/C复合材料相比,失重速率明显降低,涂层对C/C复合材料起到较好的保护作用；涂层具有良好的高温稳定性和抗热震性能。同时,涂层的封孔处理有利于抗氧化性能的提高。高温烧蚀实验表明,γ-Y2Si2O7具有优良的抗氧化烧蚀性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 C/C复合材料
  • 1.1.1 C/C复合材料的诞生及发展历程
  • 1.1.2 C/C复合材料的特点
  • 1.1.3 C/C复合材料的应用
  • 1.2 C/C复合材料的氧化和抗氧化
  • 1.2.1 C/C复合材料的氧化特点
  • 1.2.2 C/C复合材料的氧化防护原理及方法
  • 1.3 C/C复合材料的抗氧化涂层
  • 1.3.1 抗氧化涂层的基本要求
  • 1.3.2 抗氧化涂层的结构
  • 1.3.3 抗氧化涂层的制备方法
  • 1.4 抗氧化涂层的研究现状
  • 1.4.1 单层抗氧化涂层
  • 1.4.2 双层抗氧化涂层
  • 1.4.3 多层抗氧化涂层
  • 1.5 硅酸钇涂层的研究进展
  • 2SiO5涂层体系'>1.5.1 Y2SiO5涂层体系
  • 2SiO5/Y2Si2O7复相涂层体系'>1.5.2 Y2SiO5/Y2Si2O7复相涂层体系
  • 4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层体系'>1.5.3 Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层体系
  • 1.6 选题目的和意义
  • 1.7 本课题研究的主要内容
  • 第2章 C/C复合材料SiC涂层的制备及表征
  • 2.1 实验材料及试剂
  • 2.1.1 实验材料
  • 2.1.2 实验试剂
  • 2.2 实验设备
  • 2.3 实验方法
  • 2.3.1 基体预处理
  • 2.3.2 料浆法制备SiC涂层
  • 2.3.3 包埋法制备SiC涂层
  • 2.4 涂层的表征
  • 2.4.1 X射线衍射分析
  • 2.4.2 涂层的显微结构及能谱分析
  • 2.5 结果与讨论
  • 2.5.1 C/C复合材料的原始组织形貌
  • 2.5.2 料浆法制备涂层的成分和组织形貌分析
  • 2.5.3 包埋法制备涂层的成分和组织形貌分析
  • 2.5.3.1 1550℃下制备的SiC涂层的分析
  • 2.5.3.2 1600℃下制备的SiC涂层的分析
  • 2.5.4 SiC涂层的形成机理
  • 2.6 本章小结
  • 2Si2O7涂层的制备及表征'>第3章 C/C复合材料SiC/γ-Y2Si2O7涂层的制备及表征
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验材料及试剂
  • 3.2.1 实验材料
  • 3.2.2 实验试剂
  • 3.3 实验设备
  • 3.4 实验方法
  • 2Si2O7涂层制备的工艺流程'>3.4.1 SiC/Y2Si2O7涂层制备的工艺流程
  • 2Si2O7粉末的制备'>3.4.2 γ-Y2Si2O7粉末的制备
  • 2Si2O7外涂层'>3.4.3 料浆法制备γ-Y2Si2O7外涂层
  • 3.4.4 热重实验
  • 3.4.5 恒温氧化实验
  • 3.4.6 循环氧化实验
  • 3.4.7 高温烧蚀实验
  • 3.5 粉料及涂层的表征
  • 3.5.1 X射线衍射分析
  • 3.5.2 显微结构及能谱分析
  • 3.6 结果与讨论
  • 2Si2O7粉末的形貌分析'>3.6.1 γ-Y2Si2O7粉末的形貌分析
  • 2Si2O7涂层的微观结构分析'>3.6.2 C/C复合材料SiC/γ-Y2Si2O7涂层的微观结构分析
  • 2Si2O7涂层表面的XRD分析'>3.6.2.1 SiC/γ-Y2Si2O7涂层表面的XRD分析
  • 2Si2O7涂层的组织结构分析'>3.6.2.2 SiC/γ-Y2Si2O7涂层的组织结构分析
  • 2Si2O7涂层的抗氧化效果'>3.6.3 C/C复合材料SiC/γ-Y2Si2O7涂层的抗氧化效果
  • 3.6.3.1 TG曲线分析
  • 3.6.3.2 恒温氧化结果分析
  • 3.6.3.3 循环氧化结果分析
  • 3.6.3.4 高温烧蚀结果分析
  • 2Si2O7抗氧化机理分析'>3.6.4 SiC/γ-Y2Si2O7抗氧化机理分析
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 结论
  • 参考文献
  • 致谢

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