C-C復(fù)合材料HfC抗燒蝕涂層的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、為提高炭/炭(C/C)復(fù)合材料的耐燒蝕性能，滿足新一代固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)噴管材料的要求，本文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在C/C復(fù)合材料表面制備了抗燒蝕性能優(yōu)異的HfC涂層、HfC多層復(fù)合涂層和Hf(Ta)C復(fù)相涂層。
　　針對(duì)氣態(tài)輸送HfCl4計(jì)量難以精確控制的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一種新型送粉裝置，實(shí)現(xiàn)了HfCl4粉末在低壓條件下的精確輸送，為CVD-HfC涂層的微觀結(jié)構(gòu)控制提供了技術(shù)保障。
　　系統(tǒng)研究了沉積工藝參數(shù)對(duì)H

2、fC涂層顯微組織結(jié)構(gòu)的影響，探索了CVD-HfC涂層結(jié)構(gòu)形態(tài)形成的基本規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了CVD-HfC涂層組織結(jié)構(gòu)的可控形成，獲得了三種具有典型結(jié)構(gòu)特征的HfC涂層:具有等軸晶結(jié)構(gòu)的HfC1型涂層、具有針狀晶組織結(jié)構(gòu)的HfC T型涂層和具有柱狀晶組織結(jié)構(gòu)的HfC2型涂層。
　　以HfC涂層的沉積速率和沉積均勻性為研究對(duì)象，建立了涂層沉積過程控制因素與涂層沉積均勻性的關(guān)聯(lián)性。沉積溫度、C/Hf比和氫氣濃度的增加均可加快涂層的沉積;在損耗效

3、應(yīng)和邊界層阻礙效應(yīng)的共同作用下，涂層沉積速率隨沉積區(qū)間的下降逐漸降低。沉積過程受表面反應(yīng)控制時(shí)，HfC涂層的沉積均勻性較好;沉積過程受擴(kuò)散控制時(shí)，HfC涂層的沉積均勻性稍差。
　　采用納米壓痕硬度儀研究了HfC涂層的力學(xué)性能，建立了涂層微觀組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，探討了微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)涂層力學(xué)性能的影響機(jī)制?？紫秾?dǎo)致涂層負(fù)載能力降低是HfC1型涂層力學(xué)性能較低的原因;HfC2型和HfC T型涂層較高的力學(xué)性能主要得益于致密的結(jié)

4、構(gòu)和緊密的組織排列。
　　利用氧乙炔焰研究了HfC涂層的抗燒蝕性能，分析了涂層微觀組織結(jié)構(gòu)在燒蝕過程中的演變規(guī)律，探討了HfC涂層的燒蝕過程及燒蝕控制機(jī)制，提出了HfC涂層的超高溫?zé)g機(jī)理。單一結(jié)構(gòu)HfC涂層中，HfC1型涂層的燒蝕穩(wěn)定性最好，質(zhì)量燒蝕率為-0.05mg·cm-2·s-1;HfC T型和HfC2型涂層出現(xiàn)了開裂和部分脫落;具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的HfC涂層燒蝕性能優(yōu)異。HfC涂層通過隔離、消耗氧化氣氛實(shí)現(xiàn)對(duì)C/C基體的燒

5、蝕防護(hù)，涂層的燒蝕速率主要取決于HfC的氧化控制機(jī)制。多孔HfO2、HfCxOy和HfO2熔體的生成可使HfC氧化控制機(jī)制發(fā)生變化，隨著燒蝕的進(jìn)行，HfC涂層的燒蝕率逐步降低。
　　采用化學(xué)氣相共沉積法制備了Hf(Ta)C和Hf(Zr)C復(fù)相涂層，研究了復(fù)相涂層的相組成、微觀結(jié)構(gòu)和燒蝕性能。Hf(Ta)C復(fù)相涂層由HfC和HfTaC2組成，具有等軸晶結(jié)構(gòu)特征。HfTaC2的形成有利于涂層在燒蝕過程中形成致密的氧化物層，涂層燒蝕過程