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等离子喷涂制备 ZrB2-SiC 复合涂层及其 静态烧蚀性能

时间:2018-03-27 20:16:24  来源:  作者:

          C/C 复合材料是以碳纤维增强碳基体的一种新型碳材料,它凭借着密度低、热膨胀系数低、比强度高、耐热冲击、耐磨性能好等一系列优异特性,被作为结构材料广泛应用于航空航天高技术领域的热端部件。当温度超过 400 ℃时 C/C 复合材料将被迅速氧化而导致材料失效,在其表面制备抗高温氧化涂层是它应用于高温有氧环境的主要方法。

SiC 陶瓷高温下生成的 SiO2 具有一定的流动性,可以有效封填涂层氧化后产生的孔隙,同时其具有很低的氧渗透率(在 1473 K 时约为 10-13g/(cm·s)),可以减少高温下氧气的渗透,从而保护基体。 ZrB2 具有极高的熔点(3313 K),低的热膨胀系数(5.5×10-6 K-1),其氧化产物 ZrO2 是一种典型的热障涂层。在 SiC 中添加 ZrB2 能提高 SiO2的稳定性,结合这两种材料的特性, ZrB2-SiC 复合涂层具有良好的抗氧化效果。

等离子喷涂是以等离子焰流为热源,将原材料粉末加热至熔融或半熔态喷涂到基体表面,从而形成涂层的一种涂层制备法。相比于目前常用的涂刷法、包埋法、原位反应法等,该方法对基体损伤小,且具有沉积效率高、涂层厚度精确可控等优点,是一种理想的 C/C 复合材料抗高温氧化涂层制备法。

1)采用大气等离子喷涂技术能够在 C/C 复合材料表面制备出厚度均匀、结构致密的 ZrB2-SiC复合涂层。

2) ZrB2-SiC 复合涂层能显著提高 C/C 复合材料的抗高温静态烧蚀性能,涂覆有 ZrB2-SiC 涂层的 C/C 试样在 1500 ℃ 分别静态烧蚀 2, 3, 4 h 后其质量增加率依次为 3.39%, 2.95%, 4.25%。

3) ZrB2-SiC 复合涂层在氧化过程中会生成一种具有流动性的 SiO2 玻璃相,它能封填涂层氧化后产生的孔洞,从而减少氧气向基体渗透的通道,阻止 C/C 复合材料被氧化烧蚀。

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