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炭/炭复合材料SiC/YAG-SiC-ZrO_2涂层的制备、结构和氧化性能

作　者: 郭顺
导　师: 熊翔
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 包埋法浆料刷涂法化学气相沉积法 SiC YAG 氧化
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

炭／炭复合材料(Carbon/Carbon Composites,简称C/C)是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料,它拥有许多极富吸引力的高温力学性能,被大量用于航空、航天及民用工业领域。然而,C/C复合材料在高于400℃有氧环境下抗氧化性差,这对材料本身会造成毁灭性的破坏。因此,C/C复合材料在高温下是否具有可靠的抗氧化保护对其来说是至关重要的。本研究采用包埋法、化学气相沉积法(CVD)和浆料刷涂法,依次在C/C复合材料基体表面制备了单SiC涂层、双SiC涂层、SiC/钇铝石榴石(简称YAG)复合涂层、SiC/YAG-SiC-ZrO2复合涂层,通过X衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)和能谱分析(EDS)等方法,逐个研究了涂层的显微结构和它们在1500℃恒温静态空气中的氧化性能。主要研究内容和结论有：1.用包埋法制备了单SiC涂层,研究了包埋温度、时间和包埋料配比对SiC涂层的结构和抗氧化性能的影响。研究表明：随着包埋温度的升高、包埋时间的延长,SiC涂层的厚度增加,致密度提高；当包埋料中A1203含量增加时,涂层厚度增加、晶粒逐渐细化,但是,涂层中的缺陷会逐渐增多,使得SiC涂层变得越来越疏松,涂层的氧化性能逐渐变差。2.用CVD制备了双SiC涂层(单SiC涂层上化学气相沉积SiC涂层),研究了沉积温度和时间对双SiC涂层的结构和抗氧化性能的影响。研究结果表明：在1000-1200℃,随着沉积温度的升高,沉积颗粒长大,涂层的致密性提高,涂层试样的抗氧化性能也变好；CVD-SiC涂层有效地修复了单SiC涂层中的缺陷,使双SiC涂层试样的抗氧化性能得到很大的提高。3.制备了新型SiC/YAG复合涂层,研究了制备工艺对涂层结构和抗氧化性能的影响,重点分析了复合涂层在高温氧化过程中的氧化机理。研究结果表明：在高温氧化过程中,SiC/YAG复合涂层通过原位反应生成了由二氧化硅、硅酸铝及其玻璃相和弥散于其间的钇铝石榴石、硅酸钇复合而成的功能复合涂层,涂层具有良好的白愈合功能和阻氧功能,涂层在1500℃静态空气中,经过70h氧化后,涂层样品失重率为1.01%。4.制备了新型双SiC/YAG-SiC-ZrO2复合涂层,研究了不同成分对涂层结构和抗氧化性能的影响,重点研究了以SiC为主相的涂层的结构和抗氧化性能。研究结果表明：该种复合涂层在氧化过程中通过原位反应生成了更加优异的功能复合涂层,生成了由二氧化硅、硅酸铝及其玻璃相和弥散于其间的锆英石、硅酸钇复合而成的功能复合涂层,涂层具有良好的耐高温性能和抗热冲击性能,在1500℃静态空气中经过150h的氧化,涂层样品仍然增重1.77%,表现出了优异的的氧化性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 C/C复合材料的性能及应用  10
  1.2 C/C复合材料的氧化机理  10-11
  1.3 炭纤维、炭基体的改性技术  11-12
    1.3.1 炭纤维改性  11-12
    1.3.2 炭基体改性  12
  1.4 抗氧化涂层技术  12-19
    1.4.1 涂层设计的基本要求  12-13
    1.4.2 单层涂层体系  13
    1.4.3 双层复合涂层体系  13
    1.4.4 功能梯度涂层  13-17
    1.4.5 抗氧化涂层的制备方法  17-19
  1.5 研究目的和内容  19-20
第二章试验方法  20-27
  2.1 试验原料  20
  2.2 试验设备  20-21
  2.3 涂层制备  21-26
    2.3.1 YAG粉末的制备  21-23
    2.3.2 包埋SiC涂层的制备  23-24
    2.3.3 CVDSiC涂层的制备  24-25
    2.3.4 SiC/YAG涂层的制备  25
    2.3.5 SiC/YAG-SiC-ZrO_2涂层的制备  25-26
  2.4 分析测试仪器  26-27
第三章包埋SIC涂层的研究  27-37
  3.1 前言  27
  3.2 涂层的微观结构  27-35
    3.2.1 温度和时间对涂层结构的影响  27-32
    3.2.2 氧化铝含量对涂层结构的影响  32-35
  3.3 涂层的抗氧化性能  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章化学气相沉积SIC涂层的研究  37-46
  4.1 前言  37
  4.2 涂层的微观结构  37-41
  4.3 化学气相沉积SIC的机理分析  41-42
  4.4 涂层的抗氧化性能及氧化机理分析  42-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章 SIC/YAG涂层的研究  46-55
  5.1 前言  46
  5.2 涂层的微观结构  46-49
    5.2.1 涂层的物相分析  46-47
    5.2.2 不同添加剂对涂层微观结构的影响  47-48
    5.2.3 不同气氛下对涂层微观结构的影响  48-49
    5.2.4 不同烧结时间对涂层微观结构的影响  49
  5.3 涂层的抗氧化性能  49-50
  5.4 涂层的抗氧化机理分析  50-54
  5.5 本章小结  54-55
第六章 SIC/YAG-SIC-ZRO_2涂层的研究  55-68
  6.1 前言  55
  6.2 成分配比对涂层微观结构的影响  55-58
  6.3 成分配比对涂层的氧化性能的影响  58-60
    6.3.1 功能涂层的生成  58-59
    6.3.2 涂层试样的的氧化曲线  59-60
  6.4 涂层的抗氧化机理分析  60-67
    6.4.1 涂层试样氧化后的表面形貌和成分分析  60-62
    6.4.2 氧化后涂层的构成  62-63
    6.4.3 涂层的抗氧化机理分析  63-67
  6.5 本章小结  67-68
第七章结论  68-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间主要的研究成果  75

炭/炭复合材料SiC/YAG-SiC-ZrO_2涂层的制备、结构和氧化性能

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