炭/炭复合材料防氧化涂层制备及性能研究

admin · 发表于 2022-9-5 14:28:30

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炭/炭复合材料是碳纤维增强炭基复合材料，它不仅具有石墨材料固有的特性，而且还具有碳纤维复合材料的优异性能，尤其随着温度的升高，强度不仅不会降低反而还可能升高，因此广泛应用于航空航天、核能、军事以及许多民用工业领域。然而，炭/炭复合材料在超过370℃的含氧气氛下开始发生氧化反应，反应速度在500℃时还会迅速增大，这将对材料本身造成毁灭性的破坏。因此，是否具有可靠的抗氧化保护对炭/炭复合材料来说是至关重要的。本文以研制长效防氧化涂层为目标，制备了具有自愈合作用的双层防氧化涂层，借助XRD、SEM、EDX、FTIR和 Raman等测试手段分析涂层的相组成和微观形貌，考察了涂层的防氧化与抗热震性能，并对涂层的防氧化机理与失效原因进行了研究，主要研究内容与结果如下： (1)对C/C复合材料的氧化动力学与氧化机理进行了研究，氧化从炭表面的活性点反应开始，之后纤维和基体炭被氧化，而基体的结构缺陷比炭纤维的严重，因此最后是炭纤维的氧化。C/C材料的抗氧化性随密度的增大而增大，随孔隙率的增大而减小。(2)制备了添加纳米SiO2的磷酸盐涂层作为内涂层，通过优化涂层组成、涂层结构，确定了最佳纳米SiO2添加量为5%，分析了防氧化性能和防氧化机制。(3)采用刷涂法制备了均匀致密，界面结合良好的Na2B4O7-SiO2外涂层，外涂层中生成自愈合作用的硅酸盐可以愈合内涂层氧化过程中产生的裂纹，研究了涂层的防氧化机理以及失效机理。研究表明复合涂层在700℃下具有良好的防氧化效果。(4) 添加低熔点玻璃粉SiO2对B4C涂层进行改性制备了B4C-SiO2外涂层，加入的低熔点SiO2玻璃不但能够降低B4C氧化生成B2O3的挥发度，且与B2O3反应生成了能够愈合内涂层的裂纹和孔洞的硼硅酸盐，复合涂层700℃恒温氧化50h后失重率为1.02%，经过900℃连续50次的热震试验失重率仅1.82%，所以，复合涂层具有良好的防氧化性能和抗热震性能。

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