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C_f/SiC复合材料超高温陶瓷涂层的制备及性能研究

2020-11-29阅读(871)

C_f/SiC复合材料超高温陶瓷涂层的制备及性能研究

论文摘要

在碳纤维增强碳化硅（Cf/SiC）复合材料表面制备涂层对提高Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷能力具有重要的作用。本文在全面综述Cf/SiC复合材料表面涂层以及超高温陶瓷涂层研究进展的基础上,针对现有Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷性能存在的不足,开展Cf/SiC复合材料超高温陶瓷涂层制备及性能研究,旨在提高Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷能力,拓宽其应用范围。研究涂刷法和包埋法两种工艺制备了Cf/SiC复合材料超高温陶瓷涂层,并通过强度测试、扫描电镜、X射线衍射等测试手段对涂层组成、结构以及性能进行了分析。采用涂刷法在Cf/SiC复合材料表面制备ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层,通过对涂层体系的设计,选择以二硼化锆、碳化硅和硼3种微粉为体系组元,以聚碳硅烷-二乙烯基苯体系为粘结剂,经低温固化以及1200℃高温烧成在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层。采用正交实验进一步研究了组分配比对Cf/SiC复合材料表面涂层性能的影响,结果表明,当填料成分为60wt.% ZrB2,4wt.% SiC,6wt.% PCS,4wt.% B,26wt.% DVB时,涂层性能最佳。Cf/SiC复合材料表面涂层的界面结合强度为2.01 MPa,经1200℃氧化30min后,Cf/SiC复合材料的氧化失重率仅为0.54%,强度保留率为97.3%,而在相同的氧化条件下,未覆盖表面涂层的Cf/SiC复合材料的氧化失重率为10.37%,强度保留率为38.7%。采用包埋法工艺制备ZrC-Zr2Si超高温陶瓷涂层,Zr-Si在Cf/SiC复合材料表面发生化学反应,生成均匀致密的ZrC-Zr2Si涂层,该涂层的厚度在10μm左右,涂层的内层为ZrC,外层为ZrC和Zr2Si。采用正交实验进一步研究工艺参数对涂层性能的影响,结果表明,当体系含量为60wt.%Zr-Si,30wt.%PCS-DVB,10wt.%Al2O3时,在1400℃保温8小时,涂层性能最佳,界面结合以化学反应结合为主,涂层与基体的界面结合强度为7.41MPa,覆盖有该涂层的Cf/SiC复合材料在1200℃氧化30min后的氧化失重率仅为0.30%,强度保留率为92.5%,由此可见该涂层具有较好的抗氧化效果。ZrC-Zr2Si涂层通过硼化处理工艺,当保温温度为1200℃,保温时间为3h时,可以转化为均匀致密的ZrB2涂层,Cf/SiC复合材料在1200℃下的氧化失重率仅为0.13%,强度保留率为94.3%,经硼化处理后的试样表现出相对更优的性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • f/SiC复合材料概述'>1.1 Cf/SiC复合材料概述
  • f/SiC复合材料简介'>1.1.1 Cf/SiC复合材料简介
  • f/SiC复合材料的应用研究'>1.1.2 Cf/SiC复合材料的应用研究
  • f/SiC复合材料的涂层研究进展'>1.2 Cf/SiC复合材料的涂层研究进展
  • f/SiC复合材料涂层的要求'>1.2.1 Cf/SiC复合材料涂层的要求
  • f/SiC复合材料涂层的制备工艺'>1.2.2 Cf/SiC复合材料涂层的制备工艺
  • f/SiC复合材料涂层体系的进展'>1.2.3 Cf/SiC复合材料涂层体系的进展
  • 1.3 超高温陶瓷涂层研究进展
  • 1.3.1 超高温陶瓷简介
  • 1.3.2 超高温陶瓷涂层研究进展
  • 1.4 选题依据及研究内容
  • 1.4.1 选题依据
  • 1.4.2 研究内容
  • 第二章 实验与研究方法
  • 2.1 实验材料及设备
  • 2.1.1 实验材料
  • 2.1.2 实验设备
  • 2.2 实验方法
  • 2.2.1 涂刷法制备工艺
  • 2.2.2 包埋法制备工艺
  • 2.3 分析测试及性能表征
  • f/SiC复合材料 ZrB2-SiC 超高温陶瓷涂层研究'>第三章 涂刷法制备Cf/SiC复合材料 ZrB2-SiC 超高温陶瓷涂层研究
  • 3.1 涂层体系的设计
  • 3.1.1 涂层组分设计
  • 3.1.2 粘结剂的选择
  • 3.2 涂层的结构与性能研究
  • 3.2.1 涂层的组织结构
  • 3.2.2 涂层的界面结合强度性能分析
  • 3.2.3 涂层在氧化环境下的组成变化研究
  • 3.3 涂层组分优化研究
  • 3.4 小结
  • f/SiC复合材料 ZrC-Zr2Si 超高温陶瓷涂层研究'>第四章 包埋法制备Cf/SiC复合材料 ZrC-Zr2Si 超高温陶瓷涂层研究
  • 4.1 组元的作用及反应原理分析
  • 4.1.1 组元的作用
  • 4.1.2 反应原理分析
  • 4.2 涂层结构与性能研究
  • 4.2.1 涂层的组织结构
  • 4.2.2 涂层的界面结合强度性能分析
  • 4.2.3 涂层在氧化过程中的组成变化
  • 4.3 涂层工艺优化研究
  • 2Si超高温涂层性能的影响研究'>4.4 硼化处理对ZrC-Zr2Si超高温涂层性能的影响研究
  • 4.4.1 保温温度对硼化处理的影响
  • 4.4.2 保温时间对硼化处理的影响
  • 4.4.3 硼化处理对涂层的性能影响研究
  • 4.5 三种超高温陶瓷涂层体系的比较
  • 4.6 小结
  • 第五章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果

    • 相关论文文献

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