化学气相沉积制备炭/炭复合材料防氧化涂层

摘要

炭/炭复合材料(C/C)作为目前唯一可用于2000℃以上的高温复合材料，在航空、航天等领域具有广泛的应用前景。作为高温结构材料使用，必须解决C/C复合材料高温易氧化问题，高温防氧化涂层是一种防氧化的有效手段。化学气相沉积法(CVD)是制备C/C复合材料防氧化涂层的重要方法，本文在本课题组对防氧化涂层研究的基础上，系统研究了在Ar气氛下化学气相沉积SiC涂层；采用包埋浸渗/气相沉积二步法制备C/C复合材料抗氧化涂层；涂刷/气相沉积在包埋SiC涂层试样表面制备MoSi<,2>/SiC防氧化涂层；采用SEM、XRD、氧化性能测试等分析手段对涂层的结构、性能以及防氧化与失效机理进行了研究，主要研究结果有： 设计了三种不同氩气流量的CVD-SiC实验，并对制备SiC涂层的显微形貌进行对比研究，给出沉积腔内温度场、流场和浓度分布简化模型，结果表明：Ar气的加入使温度场、流场和浓度分布变化趋势滞后，涂层晶粒尺寸减小，涂层堆积致密。 SiC与C/C复合材料具有良好的物理和化学相容性以及较低的氧化速率，是理想的防氧化涂层材料。但SiC与C/C复合材料热膨胀系数不匹配，单一的SiC涂层防氧化性能受到限制。采用包埋浸渗/气相沉积二步法制备C/C复合材料SiC抗氧化涂层，并在1500℃空气介质中进行了静态氧化实验，结果表明，二步法制备的涂层试样在氧化60h后失重率仅为2.01﹪。 采用涂刷/气相沉积两种方法相结合在包埋SiC涂层试样表面制各MoSi<.2>/SiC防氧化涂层；并在此基础上提出两种工艺改进方法，并对制备涂层的晶相组成、显微形貌、防氧化性能进行对比研究。结果表明，工艺优化方案二(包埋-涂刷-热处理-化学气相沉积)制备的涂层结构致密，在1500℃空气介质中的静态防氧化能力优于前两种方案。

目录

文摘

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本文的创新点及主要贡献

第一章绪论

1.1 C/C复合材料的发展

1.2 C/C复合材料的特点

1.3 C/C复合材料的应用

1.4 C/C复合材料的氧化过程及特点

1.5 C/C复合材料的氧化防护原理及方法

1.5.1基体改性技术

1.5.2表面涂层技术

1.6化学气相沉积法(CVD)

1.6.1化学气相沉积理论基础

1.6.2影响CVD沉积涂层质量的因素

1.6.3 CVD法制备C/C复合材料防氧化涂层

1.7本文研究的目的和意义

1.8本文的主要研究内容

第二章实验方法

2.1引言

2.2实验所用的反应物

2.2.1制备SiC涂层的先驱气源

2.2.2 CVD实验中其它气体

2.2.3其它原材料

2.3实验设备

2.4实验方法

2.4.1 CVD法制备SiC涂层

2.4.2包埋法制备SiC涂层

2.4.3制备MoSi2/SiC双相涂层

2.5涂层的表征

2.6本章小结

第三章CVD-SiC微观形貌

3.1引言

3.2 Ar流量对反应室内温度场、流场的影响

3.3反应室内浓度的分布

3.4实验

3.5沉积位置对CVD-SiC形貌的影响

3.5.1实验一(QAr=Oml/min)制备SiC涂层生长形貌观察

3.5.2实验二(QAr=50ml/min)制备SiC涂层生长形貌观察

3.5.3实验三(QAr=150ml/min)制备SiC涂层生长形貌观察

3.5.4 Ar流量对SiC涂层生长形貌的影响

3.6本章小结

第四章二步法制备C/C复合材料SiC涂层

4.1引言

4.2实验

4.3涂层的微观结构

4.4涂层的防氧化性能和氧化机理

4.5本章小结

第五章化学气相法制备MoSi2/SiC涂层

5.1引言

5.2实验

5.3涂层的微观结构

5.4涂层的防氧化性能与氧化机理

5.5工艺优化制备MoSi2/SiC双相涂层

5.5.1工艺优化制备涂层的微观结构

5.5.2工艺优化制备涂层的防氧化性能与氧化机理

5.5.3双相涂层试样氧化后表面晶相分析

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢