超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的研究进展

超高温复合材料的制备技术是制约新一代航天器发展的一项重要技术,为此近年来国内外积极研制耐超高温、抗烧蚀甚至零烧蚀的复合材料。概述了应用于航天领域的高温热结构复合材料C/SiC和超高温陶瓷材料的研究进展,综述了超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的改性机理及制备方法,最后提出了今后研究的重点。

无粘结剂C-SiC-B_4C系碳/陶复合材料的制备及高温抗氧化性质的研究

用不同配比的石油生焦、B4 C、SiC混合磨粉 ,不加粘结剂模压成型、烧结制得C -SiC -B4 C系碳 陶复合材料 ,在70 0～ 12 0 0℃温度范围内对其抗氧化性能进行了测试 ,结果表明复合材料抗氧化性能的优劣与B4 C含量、SiC B4 C含量比例和氧化测试温度有密切关系 。

C/SiC喷管及其超高温抗氧化涂层烧蚀行为模拟研究

目的提高C/SiC材料发动机喷管的高温抗烧蚀性能。方法基于质量、能量守恒和物性方程建立发动机喷管内燃气湍流模型,应用数值模拟方法计算喷管基体和各涂层的线烧蚀速率,并验证模型的准确性。通过比较不同种类涂层的抗烧蚀性能及涂层间匹配性,建立多元复合涂层体系,分析体系烧蚀行为及烧蚀机理,对HfO2-ZrC-SiC-C/SiC四元体系在不同温度下的线烧蚀速率进行计算。结果 Hf系、Zr系涂层抗氧化烧蚀性能优异,最大线烧蚀速率皆处于0.3~1.2μm/s之间。HfO2具有良好的抗烧蚀性能和自身稳定性。相较其他体系,HfO2-ZrC-SiC-C/SiC体系喷管的喉部及扩散段线烧蚀率更低。体系在7 MPa下,分别在1700、2100、2500、2900K计算了线烧蚀速率,最大线烧蚀速率区域产生了迁移现象,各温度梯度线烧蚀速率分别提高了174%、20.22%、18.04%。结论 HfO2能够有效地降低喷管收敛段的烧蚀速率,且适合作为复合涂层体系最外层。温度升高明显加剧了化学反应烧蚀和机械剥蚀,高温度下机械剥蚀是烧蚀的主要因素。

大气等离子喷涂ZrB2/SiC/TaSi2超高温陶瓷涂层及其性能研究

高超声速飞行器在飞行过程中面临强烈的气动加热,而C/C复合材料因其优异的高温热稳定性而受到了航天领域的广泛关注,但也存在高温抗氧化能力不足的问题。本文以硼化锆、碳化硅、二硅化钽为原料制备了复合粉体材料,通过大气等离子喷涂(APS)工艺在C/C基体表面制备了高温抗氧化陶瓷涂层;采用SEM、EDS等检测手段对喷雾干燥粉末和涂层的相和微观结构进行了表征,并选用氧乙炔火焰在1800℃下对涂层样品进行了300s烧蚀考核。研究结果表明,TaSi2的加入可以降低复合粉体的共熔温度,在喷涂时粉末可以产生更多的共熔共晶组织,提高粉末沉积效率;采用大气等离子喷涂制备得到的ZrB2/SiC/TaSi2复合陶瓷涂层表现出了优异的高温抗氧化性能,涂层无明显剥落破碎等现象;烧蚀过程中TaSi2可以促进稳定的共晶氧化物的形成以及补充挥发的玻璃相,涂层表面形成了致密的Zr-Ta-O共晶氧化物,起到阻氧屏障的作用,从而使涂层具有更好的抗烧蚀性能。

连续纤维增强陶瓷基复合材料研究与应用进展

连续纤维增强陶瓷基复合材料作为新型轻质结构材料受到各国高度关注。该材料在保持陶瓷材料的耐高温、抗腐蚀等优点的同时,克服了陶瓷材料的脆性,具有高的应用可靠性,成为目前最具潜力的高温热结构材料之一。近40多年,欧美等发达国家对陶瓷基复合材料开展了广泛的研究,已在航空航天、新能源等领域实现了工程应用或工程验证。针对不同服役环境,综述了不同类型陶瓷基复合材料研究及应用进展,并结合本团队的研究工作对陶瓷基复合材料的研究趋势进行了总结和展望,旨在为进一步推动陶瓷基复合材料的研究和发展提供参考。

反应法制备硼化锆耐超高温涂层

为了提高C/SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,以锆粉、硼粉和酚醛树脂为原料,通过泥浆涂刷后高温烧结的方法在C/SiC表面制备了ZrB2涂层,研究了涂层的烧结反应过程,并对其组成、结构和抗烧蚀性能进行了表征.结果表明:1200℃前Zr先与碳反应生成ZrC,然后在1400～1600℃时ZrC与B反应生成ZrB2.浆料配比为n(Zr):n(B):n(C)=1.0:1.5:1.0时,1600℃制备的涂层由ZrB2、少量的ZrC及ZrO2组成.氧乙炔焰烧蚀60s后,由于ZrB2氧化形成了ZrO2熔融层,涂层后的C/SiC复合材料的线烧蚀率几乎为零,而未涂层的C/SiC复合材料的线烧蚀率为0.064mm/s.

超高温陶瓷改性碳基/陶瓷基复合材料的多尺度构筑与性能研究进展

从复合材料的多尺度结构构筑出发,简述了超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的制备方法及其优缺点。综述了均质和非均质结构超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的结构设计、制备工艺、力学性能和烧蚀性能。提出设计开发低成本、短周期新工艺以及与现有工艺的有机结合以制备出更高综合性能要求的复合材料,是未来的主攻方向。从材料结构设计上,指出未来努力的重要方向。