SiC纳米线增韧HfC抗氧化抗烧蚀涂层研究

本项目针对炭/炭（C/C）复合材料高温易氧化难题，提出并开发一种新型SiC纳米线增韧HfC涂层，即首先利用碳热还原反应在C/C复合材料表面原位生长SiC纳米线；再通过双温区化学气相沉积技术将HfC填充于SiC纳米线多孔层中的孔隙，进而获得SiC纳米线增韧HfC涂层，旨在缓解HfC与C/C热膨胀不匹配，避免涂层的开裂与剥落。系统深入研究SiC纳米线增韧HfC涂层的制备工艺条件和形成机理，探索提高涂层内聚力及其与C/C复合材料界面结合强度的方法，确立纳米线增韧机制，获得涂层微观结构与抗烧蚀性能之间的关系，探讨涂层在应力作用下的氧化机制，揭示涂层在多种服役环境下的氧化烧蚀机理，为拓展C/C在超高温高速气流冲刷环境下的应用奠定理论基础。

陶瓷涂层是解决碳/碳（C/C）复合材料高温易氧化的有效途径，但其与C/C复合材料热膨胀不匹配、易开裂和剥落，成为其应用瓶颈。SiC纳米线作为一种纳米填充相已展示出诱人的应用前景，本项目针对C/C复合材料高温易氧化难题，提出并开发了一种新型SiC纳米线增韧HfC涂层，即首先利用碳热还原反应在C/C复合材料表面原位生长SiC纳米线，再通过双温区化学气相沉积技术将HfC填充于SiC纳米线多孔层中的孔隙，进而获得SiC纳米线增韧HfC涂层。本项目获得了SiC纳米线合成条件及工艺规律，揭示了纳米线的生长机理，实现了纳米线生长形貌的有效控制。探讨了工艺参数对HfC涂层微观结构的影响规律，获得了SiC纳米线增韧HfC涂层的制备方法。HfC陶瓷涂层中的SiC纳米线通过拔出、微裂纹的桥接以及诱导微裂纹的偏转等不同的增韧增强机制，提高了HfC陶瓷涂层的硬度、弹性模量、断裂韧性，抑制了涂层的开裂，进而提高了HfC陶瓷涂层的抗氧化和抗烧蚀性能。此外，通过该方法引入的纳米线对提高陶瓷涂层与碳/碳复合材料之间的界面结合也起到了重要的作用，其主要原因也归功于纳米线在界面处产生的钉扎作用。