抗氧化涂層的研究1

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1、C/C復(fù)合材料MoSi2/ZrB2抗氧化涂層的研究項(xiàng)目論證1、項(xiàng)目的理論與研究背景碳/碳復(fù)合材料(C/C)是以碳纖維為增強(qiáng)相的碳基復(fù)合材料，具有一系列優(yōu)良的性能，如低密度、高強(qiáng)度模性、高熱穩(wěn)定性，低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱導(dǎo)電能力、耐燒蝕、耐腐蝕、摩擦系數(shù)穩(wěn)定等。更特別的是C/C復(fù)合材料隨溫度的升高強(qiáng)度反而升高，在2000°C時(shí)仍能保持較優(yōu)良的力學(xué)性能。它既可以作為功能材料,又可以作為高溫結(jié)構(gòu)材料使用，是目前可用于18OO°C高溫的復(fù)合材料。迄今為止，碳碳復(fù)合材料在航空、航天、核能及許多民用工業(yè)領(lǐng)域受到極大矚目，顯示出巨

2、大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)叫但這些應(yīng)用不可避免地要在高溫和氧化的環(huán)境條件下工作。然而，碳碳復(fù)合材料的起始氧化溫度為370C,隨著溫度的升高迅速氧化，降低了材料的強(qiáng)度及其他性能，甚至引發(fā)事故，從而限制了其作為高溫結(jié)構(gòu)材料在氧化氣氛下的廣泛應(yīng)用⑵。為了克服上述缺陷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究探索，采取了如制備表面涂層等方法提高碳碳復(fù)合材料的抗氧化能力。C/C復(fù)合材料防氧化技術(shù)冇兩種：(1)基體處理技術(shù)，包括基體浸漬技術(shù)和添加阻燃陶瓷顆粒。前者就是浸漬氧化抑制劑，如硼酸鹽、磷酸鹽和鹵化物等；后者就是在基質(zhì)中復(fù)合添加耐火材料顆粒,

3、女pB2o3>B、SiC和B￡等;(2)涂層技術(shù)。前種方法如果不與涂層技術(shù)結(jié)合使用，C/C防氧化的能力是有限的，一般只能在1000°C以下，而且會(huì)因?yàn)榛w中引入鹽類或陶瓷顆粒使C/C的力學(xué)性能和熱學(xué)性能下降。為實(shí)現(xiàn)高于1000°C的抗氧化保護(hù)，涂層技術(shù)是合理的選擇。本文對(duì)碳/碳復(fù)合材料MoSi2、ZrB2抗氧化涂層研究作一綜述。2、國(guó)內(nèi)外碳碳復(fù)合材料抗氧化涂層體系的研究新進(jìn)展在碳碳復(fù)合材料抗氧化涂層研究初期，大多數(shù)采用單一的涂層，如Sic、Sig、WC和B￡等涂層。隨著研究的深入，研究水平和研究手段的提高以及涂層理

4、論的不斷完善，制備的涂層也由單一涂層向多層涂層和復(fù)合涂層和方向快速發(fā)展，使用的材料也由金屬、合金、玻璃等向高溫陶瓷材料方向發(fā)展。近幾年來(lái)，我國(guó)在復(fù)合涂層研究方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步，研究的重點(diǎn)也主要集中在復(fù)合涂層領(lǐng)域。下面就近幾年來(lái)我國(guó)研究人員在復(fù)合涂層研究領(lǐng)域取得的新進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。(1)兩層復(fù)合涂層最簡(jiǎn)單的復(fù)合涂層是雙層復(fù)合涂層，由于Sic與C/C基體良好的的物理化學(xué)相容性，雙層復(fù)合涂層目前大多采用Sic為內(nèi)涂層，外層材料則選用耐火氧化物,高溫玻璃或合金作為密封層。該種涂層利用密封層對(duì)Sic內(nèi)涂層的裂紋和孔隙進(jìn)行愈合

5、，從而提高復(fù)合涂層的抗氧化能力。付前剛等用SiO3,B2O3,MgO,AI2O3和MoSi2等制備的以SiC為內(nèi)涂層，以摻加MoSi2的硼硅鹽玻璃為外涂層的雙層復(fù)合涂層，能夠在1300度的靜態(tài)空氣氣氛下對(duì)碳碳復(fù)合材料有效保護(hù)150h,MoSiz的作用主要是提高玻璃相的高溫穩(wěn)定性，緩解玻璃涂層的內(nèi)應(yīng)力，避免穿透性裂紋的產(chǎn)生；利用二次包埋法制備的雙層Sic涂層可以在1500度下有效保護(hù)碳碳復(fù)合材料310h,涂層中富余的游離硅一方面可以滲透到內(nèi)層SIC孔隙中，降低涂層氧氣滲透率，另一方面可以緩解基體與涂層之間的熱膨脹不匹

6、配問(wèn)題。同時(shí)高溫下SiC和SiC氧化而形成玻璃態(tài)SiO2能夠直譯涂層表面微裂紋，有助于抗氧化能力的提高。方勛華等用Si02,SiC,Al2o5,B4C,ZrO2制備的以碳酸鹽為過(guò)渡層，以陶瓷相(ZtO”SiC等)為阻擋層的復(fù)合涂層，是一種適合于是在1100~1500度溫度范圍內(nèi)對(duì)碳碳復(fù)合材料保護(hù)的涂層，在低于1500溫度時(shí)具有良好的抗氧化性和抗熱震性能，阻擋層的主要作用是阻止氧氣的滲透且防止B2O3的過(guò)渡揮發(fā)。張中偉等等采用固滲法制備以SiC為內(nèi)層、料獎(jiǎng)涂刷法制備的高溫氧化物釉層和硼硅化合物釉層為外涂層的復(fù)合涂層體

7、系，具有較好的抗氧化能力。(1)多層復(fù)合涂層。多層復(fù)合涂層和本論文聯(lián)系不深，這里不作詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考其他資料。3、MoSi2,ZrB2作為涂層的優(yōu)勢(shì)和特色(1)、金屬間化合物MoSi2具有高熔點(diǎn)(2030°C).低密度(6.24xs0skg/m)、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及優(yōu)良的高溫抗氧化能力而成為高溫抗氧化涂層材料。MoSi2是一種道爾頓型金屬間化合物。1900C以下為Cllb型體心正方結(jié)構(gòu)圖，空間群為在190(TC—2030°C為CAO型六方晶體結(jié)構(gòu)。在MoSi2晶體結(jié)構(gòu)中，Mo—Mo原子的結(jié)合為金屬鍵，Si—S

8、i原子的結(jié)合為共價(jià)鍵,而Mo-Si原子間的結(jié)合既有金屬鍵又有共價(jià)鍵的成分，所以MoSi2又可以稱作金屬陶瓷。（2）、ZrB2是超高溫陶瓷的理想候選材料。ZrB2的基本性質(zhì)根據(jù)Zr-B二元相圖，Zr與B能形成多種化合物，有ZrB,ZrB2,,ZrBl等，其中以ZrB2最為穩(wěn)定。ZrB2屬六方結(jié)構(gòu)，空間群為Ps/mm,ZrB2的晶格常數(shù)曠0.3169,c=0.3