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等離子噴塗製備 ZrB2-SiC 複合塗層及其 靜態燒蝕性能

時間:2018-03-27 20:16:24  來源:  作者:

          C/C 複合材料是以碳纖維增強碳基體的一種新型碳材料,它憑借著密度低、熱膨脹係數低、比強度高、耐熱衝擊、耐磨性能好等一係列優異特性,被作為結構材料廣泛應用於航空航天高技術領域的熱端部件。當溫度超過 400 ℃時 C/C 複合材料將被迅速氧化而導致材料失效,在其表麵製備抗高溫氧化塗層是它應用於高溫有氧環境的主要方法。

SiC 陶瓷高溫下生成的 SiO2 具有一定的流動性,可以有效封填塗層氧化後產生的孔隙,同時其具有很低的氧滲透率(在 1473 K 時約為 10-13g/(cm·s)),可以減少高溫下氧氣的滲透,從而保護基體。 ZrB2 具有極高的熔點(3313 K),低的熱膨脹係數(5.5×10-6 K-1),其氧化產物 ZrO2 是一種典型的熱障塗層。在 SiC 中添加 ZrB2 能提高 SiO2的穩定性,結合這兩種材料的特性, ZrB2-SiC 複合塗層具有良好的抗氧化效果。

等離子噴塗是以等離子焰流為熱源,將原材料粉末加熱至熔融或半熔態噴塗到基體表麵,從而形成塗層的一種塗層製備法。相比於目前常用的塗刷法、包埋法、原位反應法等,該方法對基體損傷小,且具有沉積效率高、塗層厚度精確可控等優點,是一種理想的 C/C 複合材料抗高溫氧化塗層製備法。

1)采用大氣等離子噴塗技術能夠在 C/C 複合材料表麵製備出厚度均勻、結構致密的 ZrB2-SiC複合塗層。

2) ZrB2-SiC 複合塗層能顯著提高 C/C 複合材料的抗高溫靜態燒蝕性能,塗覆有 ZrB2-SiC 塗層的 C/C 試樣在 1500 ℃ 分別靜態燒蝕 2, 3, 4 h 後其質量增加率依次為 3.39%, 2.95%, 4.25%。

3) ZrB2-SiC 複合塗層在氧化過程中會生成一種具有流動性的 SiO2 玻璃相,它能封填塗層氧化後產生的孔洞,從而減少氧氣向基體滲透的通道,阻止 C/C 複合材料被氧化燒蝕。

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