国内碳_碳复合材料高温抗氧化涂层研究新进展.pdf

第27卷第2期航空材料学报Vol27,No2
2007年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2007

国内碳/碳复合材料高温抗氧化涂层研究新进展

黄剑锋1,张玉涛1,李贺军2,曾燮榕3,曹丽云1

(1.陕西科技大学材料科学与工程学院,西安710021;2.西北工业大学材料学院,西安710072;3.深圳大学材料
科学与工程系,广东深圳518000)

摘要:重点阐述国内近几年来碳/碳复合材料抗氧化涂层的研究新进展,总结碳/碳复合材料高温抗氧化涂层制备
新工艺和对已有工艺的改进方法,结合碳/碳复合材料的应用背景对抗氧化涂层的发展趋势进行展望。指出目前
的研究结果尚达不到严酷环境下的应用要求,下一阶段碳/碳复合材料高温抗氧化涂层将重点解决室温至1700
全温度段和高温燃气高速冲刷环境下对碳/碳复合材料的氧化保护问题,降低涂层制备成本的同时,开发可长时间
应用于1800的高温涂层。
关键词:碳/碳复合材料;高温;抗氧化涂层
中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:10055053(2007)02007405

碳/碳复合材料(C/C)是碳纤维增强碳基复合近几年来,我国在复合涂层研究方面取得长足进步,
材料,由碳纤维和基体碳两部分组成,具有一系列优研究的重点也主要集中在复合涂层领域。下面就近
良的性能,如低密度(理论密度为2.2g/cm3)、高强几年来我国研究人员在复合涂层研究领域取得的新
高模性、高热稳定性、低热膨胀系数、高导热导电能进展进行介绍。
力、耐烧蚀、耐腐蚀、摩擦系数稳定等,特别是在1.1多层复合涂层
1000~1300下强度性能比常温反而有所提高,在最简单的复合涂层是双层复合涂层。由于SiC
2000时仍能保持较优异的力学性能,是理想的航与C/C基体良好的物理化学相容性,双层复合涂层
天航空高温结构材料[1]。然而,碳/碳复合材料上目前大多采用SiC为内涂层,外层材料则选用耐火
述许多性质只有在惰性气氛下才能保持,从而限制氧化物、高温玻璃或高温合金作为密封层。该种涂
了其作为高温结构材料在氧化气氛下的广泛应用。层利用密封层对SiC内涂层的裂纹和孔隙进行愈
涂层技术是解决这一问题的有效途径。!十五∀规合,从而提高复合涂层的抗氧化能力[2]。付前刚
[3]
划以来,我国涂层技术的研究进入到了一个新的阶等用SiO2,B2O3,MgO,Al2O3和MoSi2等制备的以

段。作者就近几年来国内在该领域的研究情况进行SiC为内涂层,以掺加MoSi2的硼硅酸盐玻璃为外涂
综述,同时提出下一步的研究重点,展望研究趋势。层的双层复合涂层,能够在1300的静态空气气氛
下对碳碳复合材料有效保护的作用主
1碳/碳复合材料抗氧化涂层体系的/150h,MoSi2
研究新进展要是提高玻璃相的高温稳定性,缓解玻璃涂层的内
应力,避免穿透性裂纹的产生;利用二次包埋法制备
在碳碳复合材料抗氧化涂层研究初期大多数
/,的双层SiC涂层可以在1500下有效保护碳/碳复
采用单一的涂层如、、和等涂层。
,SiCSi3N4WCB4C合材料310h,涂层中富余的游离硅一方面可以渗透
随着研究的深入,研究水平和研究手段的提高以及到内层SiC孔隙中,降低涂层氧气渗透率,另一方面
涂层理论的不断完善,制备的涂层也由单一涂层向可以缓解基体与涂层之间的热膨胀不匹配问题。同
多层涂层和复合涂层的方向快速发展,使用的材料
时高温下Si和SiC氧化而形成玻璃态SiO2能够填
也由金属、合金、玻璃等向高温陶瓷材料方向发展。[4]
充涂层表面微裂纹,有助于抗氧化能力的提高。
[5]
方勋华等用SiO2,SiC,Al2O3,B4C,ZrO2制备的以
收稿日期修订日期
:20060702;:20061013磷酸盐为过渡层,以陶瓷相(ZrO2,SiC等)为阻挡层
基金项目:新世纪优秀人才支持计划资助的复合涂层,是一种适合于在1100~1500温度范
作者简介:黄剑锋(1970),男,教授,主要研究方向:功围对碳/碳复合材料保护的涂层,在低于1500温
能薄膜及涂层材料,(Email)[e-mail]。
度时具有良好的抗氧化性和抗热震性能,阻挡层的
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主要作用是阻止氧气的渗透且防止B2O3的过度挥凝聚、溶解沉淀等渗透作用进入基体与基体发生反
发。张中伟等[6]采用固渗法制备以SiC为内层、料应而形成的;二是首先制备多孔的SiC内涂层,然后
浆涂刷法制备的高温氧化物釉层和硼硅化合物釉层将其他耐高温陶瓷材料通过扩散及传质作用渗透进
为外涂层的复合涂层体系,1