【48812】西工大团队:核壳结构规划高效完成CC复合材料超高温抗烧蚀!
新一代高速飞翔器的高马赫巡航、强暖流冲刷、长航时飞翔等需求,为C/C复合材料的研讨与运用带来了新的关键。抗氧化烧蚀涂层是保证C/C复合材料高温力学功能和执役可靠性的重要保障,开发运用于C/C复合材料的新式超高温抗烧蚀涂层含义严重。ZrC具有高熔点(3540 ℃)、高强度、低成本、优异的高温稳定性等特色,在C/C复合材料热喷涂抗烧蚀涂层方面的运用很多。但是,因为其烧蚀产品ZrO2难以烧结、阻氧才能较弱且高温相变易引发裂纹等问题,使得单相ZrC涂层抗烧蚀功能并不抱负。
SiC作为进步热喷涂ZrC涂层抗烧蚀功能的第二相得到了广泛的研讨,这归因于SiC被迫氧化生成了熔融态SiO2玻璃膜,其可衔接ZrO2颗粒并对氧化层中的缺点进行愈合,阻挠氧气向内部的分散,然后提高ZrC涂层的抗烧蚀功能。但是,现在热喷涂ZrC-SiC涂层仍存在喷涂过程中SiC易分化、涂层孔隙率较高以及硅基陶瓷自生氧化膜高温结构不稳定等问题,因而,需求增加新的抗烧蚀组元或对涂层进行结构规划来进一步提高ZrC涂层的抗烧蚀功能。
近来,西北工业大学研讨团队运用聚合物转化陶瓷法进行成分和结构规划,制备得到含Hf纳米颗粒(~50 nm)一起镶嵌在外表和内部的核壳型SiHfOC陶瓷微球,并将其作为热喷涂ZrC涂层的改性剂,运用于超音速等离子喷涂制备ZrC-SiHfOC和ZrC-SiHfOC-MoSi2复合涂层中,研讨了其在不同暖流密度等离子火焰烧蚀条件下的微观结构和抗烧蚀机理。
结果表明,ZrC-SiHfOC涂层通过90 s烧蚀,比较于纯ZrC涂层,其线 %,且具有最小的烧蚀坑,表现出最佳的抗烧蚀功能。这是因为SiO2/HfO2混合熔融相可有用愈合ZrO2多孔骨架中缺点,且比较于Z2S涂层中纯非晶SiO2玻璃相,Z2SH涂层中晶态SiO2和HfO2纳米相在烧蚀过程中更能反抗高速气流冲刷效果,有助于削减SiO2玻璃相的蒸发,来提高Z2SH涂层的抗烧蚀功能。
发表于Corrosion Science题为“Ablation behavior of ZrC-SiHfOC-MoSi2 coating for carbon/carbon composites under Ar-O2plasma flame”的相关作业,针对热喷涂SiC易分化且涂层孔隙率较高级问题提出了一种新的规划理念,在ZrC-SiHfOC造粒粉末外表包覆MoSi2保护层形成核壳结构粉末,以期到达削减热喷涂过程中SiC的分化。首要,运用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对ZrC-SiHfOC粉末进行了化学改性,通过物理吸赞同化学接枝效果形成了ZrC-(记为Z2SH@M)核壳粉末。之后,运用超音速等离子喷涂技能在C/C复合材料外表制备ZrC-SiHfOC-MoSi2(记为Z2SH-M)复合涂层。运用暖流密度约为6 MW/m2的Ar-O2等离子火焰查核其抗烧蚀功能,比照研讨了改性前后涂层在更高含氧量的查核环境下的执役行为。
结果表明,引进的熔化程度高且塑性变形强的MoSi2在热喷涂过程中优先熔化,可有很大成效防止SiC相的直接分化,而且有助于填充堆积粒子间的孔隙,显着降低了涂层的孔隙率的效果;另一方面,ZrC-SiHfOC-MoSi2涂层通过360 s的Ar-O2等离子烧蚀查核,其质量烧蚀率和线 μm/s,低的烧蚀率源于新生成的低氧浸透率的ZrSiO4有用地按捺了SiO2玻璃膜的蒸发,细密的氧化层有助于反抗气流对涂层的冲刷,来提高涂层的抗烧蚀功能。