CVD B_xC涂层的微观结构、沉积特性、晶化及氧化行为

论文摘要

连续纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料（CMC-SiC）在高于450℃的氧化环境中,会因纤维和热解碳界面层的氧化而缩短使用寿命。化学气相沉积/渗透（CVD/CVI）制备的BxC涂层/基体能在600-1000℃的氧化气氛中生成液态的氧化物,填封陶瓷基复合材料的裂纹和孔隙,对材料起到很好的抗氧化保护作用。本文以CVD BxC涂层为研究对象,通过对不同沉积工艺条件下制备的BxC涂层进行微结构分析,建立了沉积参数与产物微观结构、物相组成之间的关系;探索了CVD BxC的沉积机理;考查了CVD BxC沉积产物的晶化及氧化行为。主要研究内容及结果如下:1、研究了CVD BxC的微观结构和物相组成。通过不同工艺条件下制备的BxC涂层的微观分析发现,CVD BxC的微观结构主要有两种:一种表面呈砖块堆积状形貌,B含量高,基本不含游离碳,具有一定的结晶度;另一种表面呈菜花状形貌,B含量低,含有游离碳,涂层为非晶涂层。2、研究了沉积参数与沉积产物微观结构、物相组成之间的关系及CVD BxC的沉积机理。通过对BxC涂层的微结构分析得到:沉积温度、BCl3/CH4流量比能影响沉积产物的微观结构或物相组成,而H2/CH4流量比对沉积产物的影响不明显;CVD BxC可以通过两种不同的机理过程进行沉积。3、研究了CVD BxC涂层的晶化及氧化行为。涂层在:1600-2000℃,氩气;400℃、700℃、1000℃、1200℃,干氧;700℃、1000℃、1200℃,湿氧;模拟服役环境,四种环境中进行处理,处理后的微观分析结果表明:在高温惰性环境中,涂层内部会生成B4C晶粒和石墨碳,并且随温度升高,晶粒长大,碳元素石墨化加剧;在干氧和湿氧环境中,涂层能在1000℃以下的温度范围内对基体材料起到抗氧化保护作用,尤其在700℃（中等温度）时具有良好的自愈合能力;在模拟服役环境中,CVD BxC涂层内部可能产生微观应力,形成微裂纹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 碳化硼的结构与性质
• 1.1.1 碳化硼的微观结构
• 1.1.2 碳化硼的物理性质
• 1.1.3 碳化硼的化学性质
• 1.2 碳化硼的化学气相沉积工艺
• 1.2.1 CVD系统
• 1.2.2 CVD工艺参数
• 1.2.3 CVD过程中的热力学、动力学、传质学
• 1.2.4 CVD过程与微观结构及性能的关系
• 1.2.5 CVD过程原理和沉积机理
• xC在陶瓷基复合材料上的应用'>1.3 CVD B_xC在陶瓷基复合材料上的应用
• xC及自愈合陶瓷基复合材料的研究进展'>1.4 CVD B_xC及自愈合陶瓷基复合材料的研究进展
• xC的研究进展'>1.4.1 CVD B_xC的研究进展
• 1.4.2 自愈合陶瓷基复合材料研究简介
• 1.5 本文的研究目标、研究内容、研究意义
• 1.5.1 本文的研究目标
• 1.5.2 本文的研究内容
• 1.5.3 本文的研究意义
• 第二章 实验仪器与实验方法
• 2.1 主要实验仪器
• 2.2 实验样品
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）分析
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）物相分析
• 2.3.3 拉曼光谱（Raman）分析
• 2.3.4 红外吸收光谱（IR）分析
• 2.3.5 X射线光电子能谱（xPs）分析
• 2.3.6 透射电镜（TEM）分析
• xC涂层的微观结构及物相组成'>第三章 CVD B_xC涂层的微观结构及物相组成
• xC涂层的微结构表征'>3.1 工艺A制备的CVD B_xC涂层的微结构表征
• 3.1.1 工艺A的沉积参数
• 3.1.2 沉积基底
• xC涂层的微观结构及物相组成'>3.1.3 CVD B_xC涂层的微观结构及物相组成
• xC涂层的微结构表征'>3.2 工艺B制备的CVD B_xC涂层的微结构表征
• 3.2.1 SEM微观形貌观察
• 3.2.2 XRD物相分析
• 3.2.3 EDS元素百分含量分析
• 3.2.4 Raman、FTIR化学组分和价键分析
• 3.2.5 TEM微观组织结构分析
• 3.2.6 XPS元素化学状态分析
• 3.3 本章小结
• xC的沉积特性'>第四章 CVD B_xC的沉积特性
• xC沉积的热力学门槛温度估算'>4.1 CVD B_xC沉积的热力学门槛温度估算
• 4.2 沉积参数对沉积层质量的影响
• 4.2.1 沉积温度对沉积产物微观结构与物相组成的影响
• 3/CH₄流量比对沉积产物微观结构与物相组成的影响'>4.2.2 BCl₃/CH₄流量比对沉积产物微观结构与物相组成的影响
• 2/CH₄流量比对沉积产物微观结构与物相组成的影响'>4.2.3 H₂/CH₄流量比对沉积产物微观结构与物相组成的影响
• xC的沉积机理'>4.3 CVO B_xC的沉积机理
• 4.4 本章小结
• xC的晶化及氧化行为'>第五章 CVD B_xC的晶化及氧化行为
• xC在高温Ar气环境中的晶化行为'>5.1 CVO B_xC在高温Ar气环境中的晶化行为
• xC在干氧气氛中的氧化行为'>5.2 CVD B_xC在干氧气氛中的氧化行为
• xC在湿氧气氛中的氧化行为'>5.3 CVD B_xC在湿氧气氛中的氧化行为
• xC涂层在模拟服役环境中的微观结构与微观应力'>5.4 CVD B_xC涂层在模拟服役环境中的微观结构与微观应力
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文