【摘 要】
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C/C复合材料具有质量轻、比模量高、良好的热物理性能等特征,在航空航天领域有极其重要的应用地位,然而其在在高温有氧环境中的抗氧化能力不足限制其进一步发展。目前常见的方法是制备抗氧化涂层,例如ZrB2-SiC陶瓷涂层,但其在氧化后,与基体的结合处不可避免地出现了热裂纹,其抗氧化性能受到限制。为进一步提高ZrB2-SiC涂层的抗高温氧化性能,本课题在ZrB2-SiC涂层与基体之间引入SiC过渡层。首先
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C/C复合材料具有质量轻、比模量高、良好的热物理性能等特征,在航空航天领域有极其重要的应用地位,然而其在在高温有氧环境中的抗氧化能力不足限制其进一步发展。目前常见的方法是制备抗氧化涂层,例如ZrB2-SiC陶瓷涂层,但其在氧化后,与基体的结合处不可避免地出现了热裂纹,其抗氧化性能受到限制。为进一步提高ZrB2-SiC涂层的抗高温氧化性能,本课题在ZrB2-SiC涂层与基体之间引入SiC过渡层。首先采用包埋渗技术在C/C基体表面制备不同Si、C质量比和不同Al2O3质量比掺杂的SiC抗氧化层,对不同组分的抗氧化层的制备效果和抗高温氧化能力进行讨论,获得过渡层的最优成分配比。以最优成分的SiC作为C/C基体的抗氧化过渡层,运用等离子喷涂技术在该过渡层表面制备Y2O3改性的ZrB2-SiC外涂层,探索该双层涂层的氧化防护能力及SiC过渡层的作用机理,得出如下结论:（1）利用包埋渗在C/C复材的表面沉积三种不同Si、C质量比例的SiC抗氧化层。其中Si0.75C0.25抗氧化层在1500氧化10h后,失重率只有14.32%。Si0.75C0.25涂层主要发生惰性氧化,氧化产物Si O2在高温下具有一定的流动性和润湿性,可以填补涂层结构疏松的表面区域,表现出良好的自愈合能力。对比可知,过渡层最佳的Si、C质量比例为75:25。（2）继续采用包埋渗技术在C/C基体表面制备了不同Al2O3质量比掺杂的Si0.75C0.25涂层,含量介于5 wt.%～12 wt.%之间。其中Si0.75C0.25-10 wt.%Al2O3涂层SiC晶粒呈等轴晶状,尺寸细小且分布均匀,该抗氧化层的截面仍然保持完整,结构致密度高。10 wt.%的Al2O3显著提高了SiC的结晶度和烧结沉积速率,且该涂层试样氧化失重率仅为10.15%,生成的氧化保护膜均匀致密,有效隔绝了氧气的入侵。对Si0.75C0.25涂层性能改善最明显的Al2O3添加质量分数为10 wt.%。（3）以包埋法制备的Si0.75C0.25-10 wt.%Al2O3涂层作为C/C基体的过渡层,采用等离子喷涂法在该过渡层表面继续制备10 wt.%Y2O3改性的ZrB2-SiC涂层。外涂层的孔隙率仅为5.36%,孔隙平均直径为13.955μm,结合强度为10.22 MPa。经过1500×10h恒温氧化后,相比于单一外涂层5.77%的氧化失重率,引入SiC过渡层后复合涂层的失重率仅为3.05%,涂层依然保持致密的结构,没有明显的裂纹和孔洞,表现出优良的抗氧化保护效果。引入Si0.75C0.25-10wt.%Al2O3过渡层对外涂层抗氧化性能的提升机理如下:该组分的SiC过渡层明显提升外涂层与C/C复合材料的热匹配度,避免内应力过多的积蓄;在高温氧化时,外涂层不可避免地有氧气的侵入,SiC过渡层可以继续作为保护层,阻止氧气的入侵。
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