【摘 要】
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应用在刚性隔热瓦表面的高发射率涂层是航天器热防护系统的重要组成部分。研究表明,与单层致密涂层相比,具有界面梯度结构的MoSi2-硼硅酸盐玻璃涂层具有更好的力学性能,具有更大的应用潜力。然而,现阶段对于通过原位反应法制备的具有优异耐温性能的高发射率涂层,梯度界面及其力学性能的研究较少。为此,本文致力于原位反应法MoSi2-硼硅玻璃梯度涂层的制备和力学性能研究,并采用快速烧结一步法与原位反应法相结合制
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应用在刚性隔热瓦表面的高发射率涂层是航天器热防护系统的重要组成部分。研究表明,与单层致密涂层相比,具有界面梯度结构的MoSi2-硼硅酸盐玻璃涂层具有更好的力学性能,具有更大的应用潜力。然而,现阶段对于通过原位反应法制备的具有优异耐温性能的高发射率涂层,梯度界面及其力学性能的研究较少。为此,本文致力于原位反应法MoSi2-硼硅玻璃梯度涂层的制备和力学性能研究,并采用快速烧结一步法与原位反应法相结合制备梯度涂层。本文采用原位反应法在莫来石纤维隔热瓦上制备了具有多孔界面层和致密表面层的双层梯度MoSi2-硼硅酸盐玻璃涂层,其界面层为涂层渗入莫来石基体并与莫来石纤维搭接形成的多孔三维网络结构。与单层致密涂层和高密度梯度涂层相比,双层梯度涂层具有更高的承载能力,并且避免了辐射状裂纹的产生和扩展。双层梯度涂层具有最优异的抗热震性,其断裂面出现在基体而非涂层-基体界面。具有梯度界面结构的双层梯度涂层和高密度梯度涂层比单层致密涂层表现出更高的界面结合强度。为提高原料配比和烧结温度二者的可调控范围,降低涂层制备难度,本文以熔融石英和氧化硼作为表面层硼硅玻璃相的原料,通过高温入炉的快速烧结方式,一步制备了MoSi2-硼硅玻璃梯度涂层。以纳米硅和氧化硼为界面层硼硅玻璃主要原料,涂层渗入基体,与莫来石纤维搭接形成多孔界面层。本文分析了烧结过程中原料的反应过程,证明了一步法烧结可使涂层迅速渡过MoSi2剧烈氧化的中低温阶段。对比研究了Si/B对MoSi2-硼硅玻璃梯度涂层性能的影响,随着Si/B升高,Si O2对MoSi2的保护作用使涂层耐温性能得到提升,但由于涂层内部残余应力和界面应力也随之增大,涂层抗接触损伤性能和抗热震性降低。
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