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抗氧化涂层碳/碳(C/C)复合材料以其耐氧化性好、高比强、高温强度保持率高等一系列优点而在航空发动机热结构部件上极具应用潜力。但遗憾地是,目前国内外的研究报道主要局限于空气环境中的静态等温氧化性能研究,这并不能全面地反映或评价涂层C/C复合材料在发动机燃气环境中的动态氧化性能。为揭示涂层C/C的动态氧化行为及涂层失效原因,本文首先对C/C涂层前后的静态氧化行为、机理及性能变化进行了系统研究,然后在此基础上,结合动态氧化实验特点及对涂层性能的要求,提出和设计了单因素(温度梯度或弯曲载荷)及多因素耦合(温度梯度+弯曲载荷)氧化实验,并在各因素氧化实验研究的基础上探讨了涂层C/C的动态氧化性能及失效机制,最后采用动态氧化实验结果进行验证。全文主要研究内容及结果如下: 首先,通过对2D-C/C材料的微氧化(失重小于6%)动力学及组织结构演变研究,提出了C/C微氧化三段论及相应的微氧化物理模型,揭示了C/C的微氧化机制。并在此基础上,考察了微氧化对C/C材料力学性能的影响,从理论上合理地解释了C/C抗弯强度、模量在微氧化初期反常增大、而后期不断降低的原因。实验发现,在热震实验中C/C复合材料的强度指标也存在着反常增大现象。 采用包埋法和预涂.烧结法在C/C材料表面制备出了SiC/glass涂层,并在C/C微氧化研究的基础上,考察了涂层C/C在室温~1600℃范围内的静态等温氧化性能,结果证实SiC/glass涂层具有良好的抗氧化性和抗热震性。通过动力学研究,发现该涂层在全温度范围内具有三区段的氧化特征:氧化惰性区(室温~450℃);缺陷氧化敏感区(450~1300℃)和涂层体扩散氧化区(1300~1600℃),并具有缺陷氧化最敏感温度(800℃)。涂层制备缺陷在1300℃以下愈合不充分,为氧入侵C/C基体提供了短路通道,是造成涂层在中、低温下存在缺陷氧化敏感性的原因。通过氧化前后的力学性能对比研究,发现涂层C/C在缺陷氧化最敏感温度(800℃)下的氧化速率及失重量相对最大,强度指标下降最明显;并提出了涂层C/C氧化特征的剩余抗弯强度表征方法。 温度梯度氧化研究表明,该氧化实验能够全面考察涂层在全温度范围内的氧化性能,但温度梯度的存在导致涂层C/C试样发生非均匀氧化。通过SEM形貌分析、弯曲力学性能对比及氧化动力学研究发现,在缺陷愈合温度(1300℃)以下,温度梯度氧化试样上各等温点处的氧化过程与静态等温氧化具有良好的对应性,即表现为试样同样在缺陷氧化最敏感温度(800℃)处的氧化损耗最为严重,强度指标下降幅度最大,最终因800℃处发生局部严重氧化导致试样整体失效破坏。 弯曲载荷作用下的等温应力氧化研究表明,弯曲载荷对涂层C/C的氧化具有明显加速作用,结果造成缺陷氧化敏感温区宽化,缺陷氧化最敏感温度升高至900℃,涂层的防护寿命大大降低;但相比于静态等温氧化,应力氧化不会造成涂层