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C_f/SiC复合材料超高温陶瓷涂层的制备及性能研究

作　者: 向阳
导　师: 陈朝辉；王松
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: C_f/SiC复合材料 超高温陶瓷涂层 涂刷法 包埋法
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


在碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)复合材料表面制备涂层对提高Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷能力具有重要的作用。本文在全面综述Cf/SiC复合材料表面涂层以及超高温陶瓷涂层研究进展的基础上,针对现有Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷性能存在的不足,开展Cf/SiC复合材料超高温陶瓷涂层制备及性能研究,旨在提高Cf/SiC复合材料抗氧化、抗冲刷能力,拓宽其应用范围。研究涂刷法和包埋法两种工艺制备了Cf/SiC复合材料超高温陶瓷涂层,并通过强度测试、扫描电镜、X射线衍射等测试手段对涂层组成、结构以及性能进行了分析。采用涂刷法在Cf/SiC复合材料表面制备ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层,通过对涂层体系的设计,选择以二硼化锆、碳化硅和硼3种微粉为体系组元,以聚碳硅烷-二乙烯基苯体系为粘结剂,经低温固化以及1200℃高温烧成在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层。采用正交实验进一步研究了组分配比对Cf/SiC复合材料表面涂层性能的影响,结果表明,当填料成分为60wt.% ZrB2,4wt.% SiC,6wt.% PCS,4wt.% B,26wt.% DVB时,涂层性能最佳。Cf/SiC复合材料表面涂层的界面结合强度为2.01 MPa,经1200℃氧化30min后,Cf/SiC复合材料的氧化失重率仅为0.54%,强度保留率为97.3%,而在相同的氧化条件下,未覆盖表面涂层的Cf/SiC复合材料的氧化失重率为10.37%,强度保留率为38.7%。采用包埋法工艺制备ZrC-Zr2Si超高温陶瓷涂层,Zr-Si在Cf/SiC复合材料表面发生化学反应,生成均匀致密的ZrC-Zr2Si涂层,该涂层的厚度在10μm左右,涂层的内层为ZrC,外层为ZrC和Zr2Si。采用正交实验进一步研究工艺参数对涂层性能的影响,结果表明,当体系含量为60wt.%Zr-Si,30wt.%PCS-DVB,10wt.%Al2O3时,在1400℃保温8小时,涂层性能最佳,界面结合以化学反应结合为主,涂层与基体的界面结合强度为7.41MPa,覆盖有该涂层的Cf/SiC复合材料在1200℃氧化30min后的氧化失重率仅为0.30%,强度保留率为92.5%,由此可见该涂层具有较好的抗氧化效果。ZrC-Zr2Si涂层通过硼化处理工艺,当保温温度为1200℃,保温时间为3h时,可以转化为均匀致密的ZrB2涂层,Cf/SiC复合材料在1200℃下的氧化失重率仅为0.13%,强度保留率为94.3%,经硼化处理后的试样表现出相对更优的性能。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 文献综述  12-23
  1.1 C_f/SiC复合材料概述  12-15
    1.1.1 C_f/SiC复合材料简介  12-13
    1.1.2 C_f/SiC复合材料的应用研究  13-15
  1.2 C_f/SiC复合材料的涂层研究进展  15-19
    1.2.1 C_f/SiC复合材料涂层的要求  15-16
    1.2.2 C_f/SiC复合材料涂层的制备工艺  16-18
    1.2.3 C_f/SiC复合材料涂层体系的进展  18-19
  1.3 超高温陶瓷涂层研究进展  19-21
    1.3.1 超高温陶瓷简介  19-20
    1.3.2 超高温陶瓷涂层研究进展  20-21
  1.4 选题依据及研究内容  21-23
    1.4.1 选题依据  21
    1.4.2 研究内容  21-23
第二章 实验与研究方法  23-28
  2.1 实验材料及设备  23-24
    2.1.1 实验材料  23-24
    2.1.2 实验设备  24
  2.2 实验方法  24-25
    2.2.1 涂刷法制备工艺  24-25
    2.2.2 包埋法制备工艺  25
  2.3 分析测试及性能表征  25-28
第三章 涂刷法制备C_f/SiC复合材料 ZrB_2-SiC 超高温陶瓷涂层研究  28-44
  3.1 涂层体系的设计  28-32
    3.1.1 涂层组分设计  28-32
    3.1.2 粘结剂的选择  32
  3.2 涂层的结构与性能研究  32-36
    3.2.1 涂层的组织结构  33-34
    3.2.2 涂层的界面结合强度性能分析  34-35
    3.2.3 涂层在氧化环境下的组成变化研究  35-36
  3.3 涂层组分优化研究  36-43
  3.4 小结  43-44
第四章 包埋法制备C_f/SiC复合材料 ZrC-Zr_2Si 超高温陶瓷涂层研究  44-63
  4.1 组元的作用及反应原理分析  44-46
    4.1.1 组元的作用  44-45
    4.1.2 反应原理分析  45-46
  4.2 涂层结构与性能研究  46-50
    4.2.1 涂层的组织结构  46-49
    4.2.2 涂层的界面结合强度性能分析  49
    4.2.3 涂层在氧化过程中的组成变化  49-50
  4.3 涂层工艺优化研究  50-55
  4.4 硼化处理对ZrC-Zr_2Si超高温涂层性能的影响研究  55-60
    4.4.1 保温温度对硼化处理的影响  56
    4.4.2 保温时间对硼化处理的影响  56-57
    4.4.3 硼化处理对涂层的性能影响研究  57-60
  4.5 三种超高温陶瓷涂层体系的比较  60-62
  4.6 小结  62-63
第五章 结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-70
作者在学期间取得的学术成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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