C/C-SiC-ZrB_2多元炭陶复合材料烧蚀性能

采用化学气相渗透与先躯体浸渍裂解混合工艺(CVI+PIP),研制了C/C-SiC-ZrB2多元炭陶复合材料,采用化学气相沉积技术(CVD),对所研制的复合材料进行了涂层封孔。采用热力学分析与电弧风洞试验,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)等手段,研究了其抗烧蚀性能和烧蚀机理。结果表明,ZrB2含量较高的C/C-SiC-ZrB2复合材料具有优异的抗烧蚀性能,经历Ma=6,600 s电弧风洞考核后,线烧蚀率仅为1.0×10-4mm/s。C/C-SiC-ZrB2复合材料的烧蚀包括氧化、挥发(或升华)和机械冲刷,是热/力/化学耦合作用的结果。

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层制备及烧蚀性能研究

为提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用两步刷涂-烧结法制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层。首先利用反应烧结制备ZrB2-SiC-ZrC过渡层,并在此基础上制备了ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2、ZrB2-15%SiC-20%TaC 3种外涂层。利用XRD和扫描电镜研究了涂层的相组成和显微形貌,并采用氧乙炔焰烧蚀仪测试了涂层在2 500℃、60 s的抗烧蚀性能,探讨了涂层的高温烧蚀机理。结果表明:利用反应烧结制备的过渡层与基体结合紧密,且与外涂层无明显分层现象,起到了良好的过渡作用;由于Si3N4及MoSi2起到了烧结助剂作用,使ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2外涂层结构较为致密;ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层表现出了较好的抗烧蚀性能,其中ZrB2-20%SiC-5%Si3N4涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.075 mm/s、0.008 1 g/s,ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.018 mm/s、0.0064 g/s,而ZrB2-15%SiC-20%TaC涂层由于结构较为松散,未能起到有效的氧化防护,导致涂层被烧穿。