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炭/炭复合材料在高温具有优异的机械性能,广泛的应用于航空航天领域。尽管如此,在高于500℃且无氧化保护的情况下,炭/炭复合材料极易受氧化和挥发的影响。
为了改善其高温抗氧化性,相匹配的氧扩散屏障被重视和发展。针对这一问题,采用了氧化铝成分含量72-84 wt.%的莫来石和碳化硅反应层的双层涂层,涂覆于炭/炭复合材料上。通过两步涂层法:1800℃的包埋烧结法和550℃的涂覆涂层法。采用软木粉做为包埋法制备碳化硅涂层的脱模剂,商业熔凝莫来石做为一种参考材料引入。涂层后样品的性能通过高温1500℃、空气气氛中的循环氧化实验进行评价,循环周期数为10个。通过XRD、SEM对样品的物相和结构进行表征,结果表明,炭/炭复合材料的双层(莫来石-碳化硅层)可以通过低成本的包埋烧结法和涂覆涂层法制得,基体密度对涂层性能具有重要的影响。高密度基体可获得致密且具有一定厚度的涂层。涂覆了商业莫来石的低密度炭/炭复合材料在106h的氧化实验后,质量减少。
相比之下,高密度的基体制备的涂层样品,在氧化实验后的的质量增加。部分原因为,碳化硅渐变层和高温时在样品表层形成的氧化产物一二氧化硅层使自身微裂纹自动愈合的商业莫来石一硅胶涂覆涂层发挥了作用。1500℃高温氧化106h后,在高密度基体上获得的商业莫来石抗氧化层比低密度基体的涂层能更有效地对基体进行保护。高密度样品的增重率为约5.17%即1.4 gcm-2h-1;低密度样品的失重率为约50.34%即12.8gcm-2h-1。尽管如此,溶胶凝胶合成的氧化铝成分为84、79、76和72wt.%莫来石,在110h的高温氧化实验之后仍附着于β-SiC-C/C基体上,且与只有13.2μm厚的碳化硅涂层相比,商业莫来石-碳化硅涂层中205.9μm的碳化硅涂层并没有扩散到基体中。氧化铝含量较高的溶胶凝胶合成莫来石具有最优化的抗氧化能力。氧化铝含量为84 wt.%的溶胶凝胶合成莫来石涂层样品的的失重率为0.09 gcm-2h-1;相比之下,氧化铝含量为72 wt.%的溶胶凝胶合成莫来石涂层样品的失重率为0.20gcm-2h-1。