C/C复合材料表面化学气相沉积SiCw/SiC涂层的研究

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SiC优异的高温性能使其成为碳/碳(C/C)复合材料高温抗氧化涂层的首选。然而,SiC和C/C复合材料基体之间热膨胀系数不匹配,导致SiC涂层的防护能力大打折扣。本文对在C/C复合材料表面引入SiCw涂层进行了系统地研究,通过常压化学气相沉积(CVD)在C/C复合材料表面催化生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiCw/SiC涂层,借助SEM、XRD、XPS、MTC分析了涂层的微观形貌、组织结构与截面力学性能,并与无SiCw内涂层的SiC涂层进行了比较,同时,对SiCw/SiC涂层的制备及防氧化能力受C/C复合材料基体密度的影响进行了研究,主要研究内容与结果如下:在C/C复合材料基体上浸渍金属盐,研究了浸渍催化剂种类(Fe、Co、Ni)、催化剂含量、沉积温度和α=QH2/QMTS对催化生长SiCw涂层的影响,结果表明,浸渍Ni盐的C/C基体比Co和Fe生成的SiCw整体层结构更好;Ni盐的引入提高了SiC的沉积效率,而且随Ni盐加载量的增加,沉积总量趋于稳定,SiCw直径减小,长径比增加;同时,Ni催化加快了低温段的沉积速率,使沉积效率提高了2-3倍。当α大于等于10时,催化生长出高长径比的SiC纳米晶须;α为10时SiCw的产率是最高的。在C/C复合材料上制备SiC涂层和SiCw/SiC,并研究了C/C复合材料基体密度对沉积及抗氧化性能的影响,结果表明,SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化和裂纹宽度减小,而且可促成涂层的织构发生改变;同时,SiCw处的孔洞使得内层SiC涂层硬度低于外层,整个SiC涂层的硬度和弹性模量也降低了。低密度基体(1.2±0.1g/cm3)上催化制备SiCw涂层,沉积效率得到了改善、饱和增重率得到了提高。同时裂纹也得到了抑制。因此,SiCw涂层的引入改善了该基体上SiC涂层在1200℃的氧化防护能力。此外,对比不同密度的基体,催化并未改变基体本身的孔隙形态,加载前后的吸附曲线的类型是相同的。低密度基体的孔隙多,内壁能够附着的催化剂也多,因而比表面减少的也较多。同时,低密度试样的沉积效率高,生长的SiCw直径较粗,SiCw涂层的厚度较大,其影响的区域也较大,更能够有效改善外层SiC涂层与基体的结合性能,因而在1500℃的氧化防护能力也较好。
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