Microstructure and Oxidation Protection Behavior of Mullite-SiC Coating on C-C Composites.pdf

1、炭/炭復(fù)合材料在高溫具有優(yōu)異的機(jī)械性能,廣泛的應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。盡管如此,在高于500℃且無(wú)氧化保護(hù)的情況下,炭/炭復(fù)合材料極易受氧化和揮發(fā)的影響。
　　 為了改善其高溫抗氧化性,相匹配的氧擴(kuò)散屏障被重視和發(fā)展。針對(duì)這一問(wèn)題,采用了氧化鋁成分含量72-84 wt.％的莫來(lái)石和碳化硅反應(yīng)層的雙層涂層,涂覆于炭/炭復(fù)合材料上。通過(guò)兩步涂層法:1800℃的包埋燒結(jié)法和550℃的涂覆涂層法。采用軟木粉做為包埋法制備碳化硅涂層的脫模劑,

2、商業(yè)熔凝莫來(lái)石做為一種參考材料引入。涂層后樣品的性能通過(guò)高溫1500℃、空氣氣氛中的循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià),循環(huán)周期數(shù)為10個(gè)。通過(guò)XRD、SEM對(duì)樣品的物相和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,結(jié)果表明,炭/炭復(fù)合材料的雙層(莫來(lái)石-碳化硅層)可以通過(guò)低成本的包埋燒結(jié)法和涂覆涂層法制得,基體密度對(duì)涂層性能具有重要的影響。高密度基體可獲得致密且具有一定厚度的涂層。涂覆了商業(yè)莫來(lái)石的低密度炭/炭復(fù)合材料在106h的氧化實(shí)驗(yàn)后,質(zhì)量減少。
　　 相比之下,

3、高密度的基體制備的涂層樣品,在氧化實(shí)驗(yàn)后的的質(zhì)量增加。部分原因?yàn)?碳化硅漸變層和高溫時(shí)在樣品表層形成的氧化產(chǎn)物一二氧化硅層使自身微裂紋自動(dòng)愈合的商業(yè)莫來(lái)石一硅膠涂覆涂層發(fā)揮了作用。1500℃高溫氧化106h后,在高密度基體上獲得的商業(yè)莫來(lái)石抗氧化層比低密度基體的涂層能更有效地對(duì)基體進(jìn)行保護(hù)。高密度樣品的增重率為約5.17％即1.4 gcm-2h-1;低密度樣品的失重率為約50.34％即12.8gcm-2h-1。盡管如此,溶膠凝膠合成的氧

4、化鋁成分為84、79、76和72wt.％莫來(lái)石,在110h的高溫氧化實(shí)驗(yàn)之后仍附著于β-SiC-C/C基體上,且與只有13.2μm厚的碳化硅涂層相比,商業(yè)莫來(lái)石-碳化硅涂層中205.9μm的碳化硅涂層并沒(méi)有擴(kuò)散到基體中。氧化鋁含量較高的溶膠凝膠合成莫來(lái)石具有最優(yōu)化的抗氧化能力。氧化鋁含量為84 wt.％的溶膠凝膠合成莫來(lái)石涂層樣品的的失重率為0.09 gcm-2h-1;相比之下,氧化鋁含量為72 wt.％的溶膠凝膠合成莫來(lái)石涂層樣品的失