【摘 要】
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随着高推重比航空发动机的发展,对材料的要求也进一步提高。由于密度低、强度高和断裂韧性高等特性,C/C复合材料是用作航空发动机热端部件的首选材料。但是高温下的氧化敏感性问题,严重制约了它的应用。本文针对1500℃温度下C/C复合材料的防护进行了研究。采用包埋法制备了Zr B2-Si C、Zr Si2-Si C、Zr B2-Ta Si2-Si C、Zr Si2-Ta B2-Si C复合涂层。对涂层样品
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随着高推重比航空发动机的发展,对材料的要求也进一步提高。由于密度低、强度高和断裂韧性高等特性,C/C复合材料是用作航空发动机热端部件的首选材料。但是高温下的氧化敏感性问题,严重制约了它的应用。本文针对1500℃温度下C/C复合材料的防护进行了研究。采用包埋法制备了Zr B2-Si C、Zr Si2-Si C、Zr B2-Ta Si2-Si C、Zr Si2-Ta B2-Si C复合涂层。对涂层样品进行了1500℃抗氧化和抗热震性能测试,采用XRD和SEM等多种手段对氧化前后的物相组成和微观结构进行表征,并研究涂层的制备机理和抗氧化机理。主要结论如下:（1）采用一次、两次和三次包埋制备Si C涂层。其中,三次包埋Si C涂层样品的性能最优。随着包埋次数的增加,涂层厚度增加,致密度增加,涂层性能也得到明显改善。一次包埋Si C涂层样品在1500℃空气中氧化48小时失重率为3.77%,经历室温至1500℃的热循环3次失重率为3.14%;二次包埋Si C涂层样品在1500℃空气中氧化120小时失重率为4.43%,经历11次热循环失重率为2.87%;三次包埋Si C涂层样品在1500℃空气中氧化286小时失重率为3.13%,经历17次热循环失重率为1.47%。（2）不同改性组元对涂层的组织结构和性能影响不同。包埋法制备的Zr Si2-Si C涂层比Zr B2-Si C涂层更致密,这归功于Zr Si2熔点比Zr B2低,在制备温度下为液相,更有利于促进涂层的致密化过程。但是由于Zr Si2比Zr B2更高的热膨胀系数,造成热膨胀系数的不匹配,导致涂层存在局部开裂,涂层性能较差。Zr Si2-Si C涂层样品在1500℃氧化144小时失重率为1.32%;Zr B2-Si C涂层氧化216小时失重率为0.11%;（3）包埋法制备的Zr Si2-Ta B2-Si C复合涂层和Zr B2-Ta Si2-Si C复合涂层,呈现出良好梯度分布。在制备过程中,Ta原子固溶到Zr B2的晶格中,生成了（Zr,Ta）B2固溶体。制备的Zr Si2-Ta B2-Si C复合涂层和和Zr B2-Ta Si2-Si C复合涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能。ZSTB样品在1500℃静态空气中氧化241小时,仍有0.05%的增重,室温到1500℃热循环17次,质量失重率仅有0.43%。相对三次包埋制备的Si C涂层来说,在1500℃空气中氧化286小时失重率为3.13%,经历17次热循环失重率为2.87%,性能有明显提升。这归功于涂层氧化后表面生成了的Zr-Ta-Si-O复相玻璃层。在高温下,以固相形式存在的高熔点Zr O2、Ta2O5和Zr Si O4相弥散在Si O2玻璃相中,通过钉扎作用,使裂纹偏转,消耗裂纹扩展的能量,提升Si O2玻璃相稳定性,与致密的涂层协同作用,共同保护了基体。图42幅,表5个,参考文献97篇
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