C / C 復合材料不但具有密度小、比強度大、線脹系數(shù)低、導熱導電能力高、耐腐蝕、摩擦因數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點，而且還具有耐燒蝕、抗熱震、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異的高溫性能，特別是在超過 2000℃的高溫環(huán)境中仍具有良好的強度保持率，是一種理想的輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料。但是 C/C 復合材料在超過 400℃有氧環(huán)境中易氧化，導致其力學性能及各項物理化學性能迅速下降，這限制了它在航空航天領(lǐng)域的應用與推廣，因此穩(wěn)定持久的抗氧化防護已成為 C/C 復合材料工程化應用的關(guān)鍵。

　　抗氧化涂層技術(shù)是提高其高溫長時間抗氧化性能最直接有效的方法，抗氧化涂層能有效地隔離碳材料和外部有氧氛圍的擴散接觸，其中陶瓷涂層特別是硅基陶瓷是目前使用最為廣泛的涂層物質(zhì)。

　　硅基陶瓷涂層主要是利用了SiO2玻璃的高溫自愈合功能和低氧透特性。由于SiO2的氧擴散系數(shù)很低，因此能有效地對碳基體提供氧化保護。此類硅基陶瓷與碳材料不僅具有良好的化學物理相容性，而且還具有相近的線脹系數(shù)，因而是理想的碳材料高溫抗氧化涂層物質(zhì)。據(jù)報道，采用化學氣相沉積法在 C/C 復合材料表面制備 SiC 多層涂層，可將 C/C 復合材料的抗氧化性能提升到 1250℃；用包埋法在 C/C 復合材料表面制備 SiC 涂層，可在 1500℃的空氣氛圍中對 C/C 復合材料有效保護約 12 h。為獲得結(jié)構(gòu)致密抗氧化性能更優(yōu)異的抗氧化涂層，許多金屬硅化物如 MoSi2、TaSi2、CrSi2、Ti-Si2等也被引入 SiC 涂層并取得了較好的抗氧化效果。例如，采用包埋法先制得了 SiC 涂層，然后用Si、Ta、Mo 混合粉對 SiC 涂層進行包埋浸滲，最終在C / C 復合材料表面制備了 SiC -TaSi2/ MoSi2復合涂層，在 1500℃氧化326 h，且經(jīng)23 次循環(huán)熱震后，失重率僅為 0.97%。

　　硅基涂層雖然在 1200～1650℃具有良好的氧化防護效果，但在 1800℃以上其應用受到很大的限制。在高于 1700℃ 時，硅基涂層 + SiO2+ C 系統(tǒng)中的 SiO 和CO 的蒸氣壓將遠遠超出環(huán)境壓力，形成氣泡，引起涂層破壞。此外，當溫度高于 SiO2熔點（ ＞ 1730℃）時，SiO2蒸氣壓變大，涂層自身揮發(fā)損耗加劇； 而在此溫度段，隨著溫度的升高，SiO2的黏度將急劇降低，氧滲透率也逐漸變大，因此，在高速氣流或燃氣沖蝕下，涂層不僅容易剝落，而且還極易被氧化而迅速消耗。為實現(xiàn) 1800℃以上的超高溫長時間氧化防護，抗氧化涂層必須尋找新的涂層體系。根據(jù)目前的研究結(jié)果，超高溫陶瓷主要包括一些過渡族金屬的難熔硼化物、碳化物和氮化物，如 ZrB2、HfB2、TaC、HfC、ZrC、HfN 等，它們的熔點均在 3000℃ 以上，且具有良好的化學穩(wěn)定性和極優(yōu)異的耐燒蝕性能。在高溫氧化環(huán)境中，它們氧化產(chǎn)物不但熔點高（ ZrO2，HfO2熔點均高于 2700℃） ，而且具有相對低的蒸氣壓和熱導率，因此，在 C/C 復合材料表面制備超高溫陶瓷涂層將有望實現(xiàn)其在超高溫（ ＞1800℃） 氧化環(huán)境中的氧化防護。



 

責任編輯：王元

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