C/C复合材料ZrB2-SiC基体改性和C-SiC/SiC/MoSi2-CrSi2涂层防氧化体系研究

本项目针对炭/炭（C/C）复合材料高温易氧化的难题，利用基体改性结合表面涂层技术，提出并开发一种新型ZrB2-SiC基体改性和C-SiC/SiC/MoSi2-CrSi2涂层防氧化体系，即首先利用有机物改性金属盐溶液浸渍工艺对C/C复合材料进行基体改性处理；采用料浆结合固渗法在改性C/C表面制备出C-SiC梯度内涂层，旨在缓解涂层与改性C/C热膨胀的不匹配；再采用化学气相沉积技术制备SiC中间层，以提高防氧化体系的致密性；最后采用原位生成法制备MoSi2-CrSi2外层，以提高防氧化体系的防氧化温度。系统研究所设计的防氧化体系的制备工艺条件和形成机理，探索缓解涂层与C/C热膨胀不匹配和提高防氧化体系的防氧化温度范围的内在规律，确立防氧化体系中各相分布及比例与试样抗氧化性能之间的关系，揭示防氧化体系在多种服役环境下的氧化机理，为拓展C/C复合材料作为航空发动机热结构材料的应用奠定理论基础。

本项目针对炭/炭（C/C）复合材料高温易氧化的难题，利用基体改性结合表面涂层技术，提出并开发一种新型ZrB2-SiC基体改性和C-SiC/SiC/MoSi2-CrSi2涂层防氧化体系。在该基金项目的支持下，完成了项目计划书规定的研究内容。主要包括：系统研究了先驱体溶液浸渍裂解制备ZrB2-SiC改性C/C复合材料、包埋结合料浆涂刷制备C/SiC梯度涂层、化学气相沉积制备CVD-SiC涂层、料浆涂刷-高温热处理工艺制备MoSi2-CrSi2涂层的制备工艺条件、微观结构及形成机理。获得了缓解涂层与C/C热膨胀不匹配和提高防氧化体系的防氧化温度范围的内在规律，确立了防氧化体系中各相分布及比例与试样抗氧化性能之间的关系，揭示了防氧化体系在多种服役环境下的氧化烧蚀机理。所制备的复合涂层可在1600℃静态空气下有效保护C/C复合材料达300小时，整个氧化过程中涂层试样一直表现为氧化增重。采用先驱体溶液浸渍裂解制备的ZrB2-SiC改性C/C复合材料具有较为优异的抗烧蚀性能及力学性能，但随着烧蚀热流的提高，改性复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率呈现增加趋势。该项目的研究结果可为拓展C/C复合材料作为航空发动机热结构材料的应用奠定一定理论基础。. 通过该项目，项目负责人获得国家自然科学基金面上项目一项（化学气相沉积工艺制备抗氧化C/C-ZrC-SiC/ZrC-SiC复合材料研究，51272213），申报国家发明专利6项，授权1项。在Carbon、Corrosion Science及Surface and Coatings Technology等国际知名期刊上发表相关学术论文18篇，SCI收录17篇，EI收录18篇。