论文部分内容阅读
ZrB2由于其内部原子之间由强共价键相连,具有较高的熔点、优异的热导率、良好的导电性、较强的耐腐蚀性及稳定的晶体结构等特点,使得它们在高温极端条件下得到了广泛的应用。近年来世界各国对于ZrB2材料的研究给予越来越多的关注,使其发展迅速。通过某种方式在普通材料表面引入ZrB2涂层,克服基底自身的缺陷,使其达到高级材料的功效。本研究采用化学气相沉积(CVD)工艺、流延成型工艺在SiC基体材料上制备ZrB2复合涂层,研究了ZrB2涂层的制备工艺、微观结构和相关的热学性能,并探究了复合涂层的氧化机理。本课题基于涂层与基底材料的结合能力、原料的热膨胀系数和材料的高温防护性能,分别设计了碳纤维沉积层、ZrB2-SiC流延层和ZrB2沉积层。碳纤维层由THF裂解产生,主要起增强基体层面与流延层面结合的作用;ZrB2-SiC流延层由流延的方式制备,该层拥有复合的梯度层,每层原料的体积比分别为ZrB2(40%)-SiC(60%)、ZrB2(60%)-SiC(40%)、ZrB2(80%)-SiC(20%),其中ZrB2(40%)-SiC(60%)是与SiC基底材料结合,使得基底材料与复合涂层材料具有相似的热膨胀系数;ZrB2沉积层利用气相沉积的方式制备出来,采用ZrCl4和NaBH4分别为气相沉积层提供锆源和硼源。研究结果表明:利用THF裂解制备碳纤维层的过程中,负压条件下,生成的碳纤维生长状况良好,取向明显,在热震实验时采用负压制备的碳纤维稳定性较好,有利于与流延层的结合;采用流延成型法制备ZrB2-SiC流延层时,流延料浆温度在35℃、PVB含量为20%时粘度最佳,流延效果最好。流延层在养护阶段选择酒精为养护蒸气,可以使层中气泡排出;CVD法制备ZrB2沉积层时,反应物NaBH4在500℃时分解为气相的BH3、NaH和ZrCl4反应生成ZrB2。原料ZrCl4和NaBH4的摩尔比为1:8时,得到的ZrB2沉积层最为致密;复合涂层的氧化,由ZrB2、SiC共同决定较低温度时以ZrB2氧化为主,温度超过1000℃时SiC参与氧化。温度为1400℃时,涂层在此达到了最大致密化。温度达到1600℃时,涂层结构遭到破坏。