碳_碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展

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碳／碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展

备方法及研究现状，总结了碳／碳复合材料现有磷酸盐涂层体系的不足之处，望了磷酸盐涂层发展的前景，出未展指来碳／复合材料磷酸盐抗氧化涂层工作的重点应该是探索新的低成本工艺技术制备致密、碳结合力好、能在全温度段
保护碳／复合材料的磷酸盐涂层体系，详细研究了该涂层的抗氧化、碳并失效机理。
・
４４・
材料导报：综述篇
２１００年１０月（）２上第４卷第１Ｏ期
碳／复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展碳
黄剑锋，杨文冬，曹丽云剂化学与技术重点实验室，西安７０２）１０１摘要综述了国内外碳／复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展，碳介绍了磷酸盐涂层体系的抗氧化原理、制
关键词碳／碳复合材料磷酸盐涂层氧化
中图分类号：３ＴＢ３２
文献标识码：Ａ
ＡｄｖｎｅｅｔｏｈｏｐｈｔａｃｍｎｆｔｅＰｈｓａｅＡｎｔ— ｘｄｔｏａｉｓｆｒｉｏｉａｉｎＣｏｔｎｇｏ
ｂｎｉｇｔｔｉｓｎｏｃｓｎｉｌｒｃｓ．Ｔｈｎｉｘｄｔｎｍｅｈｎｓａｄｆｉｒｃａｉｍｓｏｈｏｄｎｏｍａｒｘｕｉｇａｌｗｏｔａｄｓｍｐｅｐｏｅｓｅａｔｏｉａｉｃａｉ — ｏｍｎａｌｅｍｅｈｎｓｆｔｅｕｐｏｐａｅｃａｉｇａｅａｓｈｓｅｉｅａｅｒｂｅｓｔｅｒｓｌｅ．ｈｓｈｔｏｔｎｒｌｏｔｅｍｏｔｄｓｄｒｔｄｐｏｌｍｏｂｅｏｖｄ

C／C复合材料抗氧化涂层研究进展

护，／ＣＣ复合材料就难以在高温下满足使用要求，所以各国对解决ＣＣ复合材料的氧化问题极为重／视，也是目前ＣＣ复合材料研究的热点和难点国／
内外对Ｃ／合材料的抗氧化研究主要从两个方Ｃ复
作者简介￣（９２）女，西渭阳人，０４年毕业于长安大学无机非金属材料专业，杨１８－，陕２０现为西安航天复合材料研究所在读研究生，要从事主
ｐｅａｉｇｍｅｈｄｆｏｔｎｓａｅｉｔｏｕｅ．ｄｔｅｐｏｐｃｆｏｉａｉｎｒｓｓａｃｃａｉｇｗａｌｕｔａ— ｒｐｒｎｔｏｓｏａｉｇｒｎｒｄｃｄＡｎｈ（ｓｅｔｏｘｄｔｅｉｔｎｏｔｎｓｉｓｒｔｃｏｌ
本身的孔隙向内部扩散，以材料缺陷为活性中心，并在杂质微粒（，，Ｍｇ等）ＮａＳＫ，的催化作用下发生氧化反应，成的Ｃ或Ｃ气体最终从材料表面脱生ＯＯ。附，从而引起ＣＣ复合材料的失重［。如不加以保／２］
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炭
・１・６
素
ＣＡＲＢ０Ｎ
２００６年第４期总第１８期２
文章编号：０１９８２０）４Ｏ１一Ｏｉ０ —８４（０６０－０６７
ｃｃ复合材料抗氧化涂层研究进展／
杨星，崔红，闰联生
ｃｃ复合材料先进制造技术的研究。／

碳碳复合材料的应用研究现状

碳碳复合材料的应用研究现状碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composites，简称C/C复合材料）是一种高性能的结构材料，由碳纤维和炭化石墨相互穿插制成。

由于其优异的力学性能、耐高温性能和抗氧化性能，碳碳复合材料被广泛应用于航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域。

在航空航天领域，碳碳复合材料被广泛应用于航天器热防护系统、发动机喷管、推力矢量控制器等关键部件。

由于碳碳复合材料的高温稳定性和耐烧蚀性能，可以有效保护航天器在高速进入大气层时受到的热载荷，提高航天器的安全性能和使用寿命。

同时，碳碳复合材料还可以用于制造发动机喷管，由于其具有较高的导热性能和机械强度，可以有效提高发动机的推力和燃烧效率。

在航空制动系统中，碳碳复合材料可以用于制造刹车盘和刹车瓦。

由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车系统的制动效率和耐久性。

此外，碳碳复合材料还具有较低的密度和良好的抗疲劳性能，可以减轻飞机的重量，提高飞机的载荷能力和燃油效率。

在摩擦材料领域，碳碳复合材料可以用于制造刹车片和离合器片。

由于其具有较低的热膨胀系数和良好的摩擦性能，可以有效提高刹车和离合器的制动效率和耐久性。

此外，碳碳复合材料还具有较低的摩擦噪声和磨损率，可以提高汽车驾驶的舒适性和安全性。

除了航空航天、航空制动系统和摩擦材料，碳碳复合材料还有许多其他应用领域。

例如，在核能领域，碳碳复合材料可以用于制造核反应堆的结构材料和导热材料，由于其具有较高的热导率和较低的中子俘获截面，可以提高核反应堆的热效率和安全性能。

在光学领域，碳碳复合材料可以用于制造太阳能电池板的支撑结构，由于其具有较低的质量和较高的强度，可以提高太阳能电池板的转换效率和使用寿命。

碳碳复合材料的应用研究已经取得了显著的进展，其在航空航天、航空制动系统、摩擦材料等领域的广泛应用为相关行业带来了许多技术突破和经济效益。

随着科学技术的不断发展和创新，相信碳碳复合材料的应用前景将更加广阔。

碳碳复合材料的制备及研究进展

炭/ 炭复合材料的制备及研究进展摘要：综合国内外各种文献资料，总结了炭炭复合材料的用途、制备工艺，简要介绍了几种主要的致密化方法，并对炭炭复合材料的抗氧化研究、石墨化研究做了初步的介绍，最后提出了炭炭复合材料今后发展的方向.关键词：炭炭复合材料，致密化，化学气相沉积，抗氧化，石墨化.1 引言炭/ 炭复合材料是具有优异耐高温性能的结构与功能一体化工程材料。

它和其它高性能复合材料相同, 是由纤维增强相和基体相组成的一种复合结构, 不同之处是增强相和基体相均由具有特殊性能的纯碳组成[1-2]。

炭/ 炭复合材料具有低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2 000 C 以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性（组织成分及力学性能上均相容）、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能[1-3], 使炭/ 炭复合材料在众多领域有着广泛用途。

在发达国家，炭/ 炭复合材料已被成功用于航天飞机的机翼前缘、鼻锥、货舱门，高推动比战机发动机的涡轮，高性能火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室等，新一代先进飞机、坦克、赛车、高速列车等的刹车材料，以及火箭、飞机的密封圈等构件[4]，同时，炭/ 炭复合材料作为生物医学材料，人造心脏瓣膜、人工骨、牙种植体及作为植入材料用于矫形是近年来的研究重点[5-7]; 作为智能材料，由于其受拉力后电阻增加，是很好的拉伸传感器，具有广阔的发展前景[8]。

炭/炭复合材料由碳纤维增强碳基体复合而成。

碳基体以热解炭的形式存在，由碳源先驱体经热解碳化而成。

炭/炭复合材料的制备工艺包括: 碳纤维及其结构的选择; 基体碳先驱物的选择; 炭/炭复合材料坯体的成型工艺; 坯体的致密化工艺以及工序间和最终产品的加工等[9]。

其中，关键技术在于坯体的致密化。

2 炭/炭复合材料的致密化工艺传统的炭/炭复合材料致密化工艺主要有化学气相沉积（CVD、化学气相渗透（CVI）和浸渍法。

碳-碳复合材料莫来石晶须增韧莫来石抗氧化涂层的制备与性能研究

碳-碳复合材料莫来石晶须增韧莫来石抗氧化涂层的制备与性能研究碳/碳复合材料莫来石晶须增韧莫来石抗氧化涂层的制备与性能研究引言碳/碳复合材料（C/C）是一种具有优异性能的结构材料，在航空、航天等领域有重要的应用价值。

然而，C/C材料的缺点之一是其低韧性和易氧化的特性。

为了解决这一问题，研究人员开始探索使用莫来石晶须作为增韧剂，并开发了一种莫来石晶须增韧C/C材料抗氧化涂层的制备方法。

制备方法1. 莫来石晶须的制备：将莫来石粉末与适量的碳源混合，并在高温下进行反应，使其发生碳化反应生成莫来石晶须。

2. 制备C/C材料：将制备好的莫来石晶须与碳纤维布层叠压制成坯体，然后在高温石墨化处理过程中使其形成成型的C/C材料。

3. 制备莫来石晶须增韧C/C材料抗氧化涂层：在C/C材料表面涂覆一层莫来石晶须和陶瓷颗粒的混合浆料，并经过热处理使其形成致密的抗氧化涂层。

性能研究1. 结构表征：使用扫描电子显微镜（SEM）观察莫来石晶须在C/C材料中的分布情况以及抗氧化涂层的致密性和结构。

2. 力学性能测试：使用万能材料试验机对莫来石晶须增韧C/C材料进行拉伸强度和断裂韧性等力学性能测试。

3. 抗氧化性能测试：将莫来石晶须增韧C/C材料暴露在高温高压的氧气环境中，观察抗氧化涂层的氧化速率和抗氧化性能。

结果与讨论1. 结构表征结果显示，莫来石晶须均匀分布在C/C材料中，并且抗氧化涂层具有致密的结构，能够有效阻挡氧气的渗透。

2. 力学性能测试结果表明，莫来石晶须增韧C/C材料的拉伸强度和断裂韧性分别提高了X%和Y%（根据实际实验结果填写具体数值），说明莫来石晶须能够有效增加C/C材料的韧性。

3. 抗氧化性能测试结果显示，莫来石晶须增韧C/C材料的抗氧化能力明显提高，氧化速率降低了Z%（根据实际实验结果填写具体数值），说明莫来石晶须增韧C/C材料抗氧化涂层的制备方法是有效的。

结论本研究成功制备了一种莫来石晶须增韧C/C材料抗氧化涂层，并对其性能进行了详细研究。

C／C复合材料高温抗氧化性的研究进展

通讯联系人：任富建，， — ｉｒｎｕｉｎ９４６．ｍ男Ｅｍａｌｅｆｊ１８＠１３ｃ：ａｏ
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中国陶瓷工业
２００７年第５期
芯会被迅速烧蚀。碳纤维的发展方向是：高性能化．通过设计更合理的微观结构和更先进的处理工艺来提高性能；二是低
部门，在生物医用方面也得到应用。但是上述许多性能只
有在惰性气氛下才能保持，／ＣＣ复合材料大都用于高温氧化环境，而其在较底温度的氧化环境下就会发生氧化。研究表明，作为高温结构材料，碳在３０７ ℃的有氧气氛中就开始氧化，温度高于５００ ℃时迅速氧化，最综导致ＣＣ复合材料发生／毁灭性破坏【。因此ＣＣ复合材料的有效氧化防护是其在高１州／
ＣＣ复合材料高温抗氧化性的研究进展／
任富建刘红娟沈毅
（国地质大学材料科学与化学工程学院，中武汉：３０４４０７）
摘要Ｃ／Ｃ复合材料高温氧化性限制了其在高温领域的更广泛应用。结合国内外近年关于Ｃ／Ｃ复合材料高温抗氧化性的研究报道。简要介绍了Ｃ／Ｃ复合材料氧化机理，从内部保护和外部涂层两个角度总结了今年来抗氧化性能的研究结果，并
３１碳纤维改性．
目ＣＣ复合材料的抗氧化措施主要有两类：１前／（）内部保护，ＣＣ复合材料成型前就对碳纤维和碳基体进行改性在／处理，使它们本身具有较强的抗氧化能力，添加各种抗氧以及化剂来提高ＣＣ复合材料的高温抗氧化性能。２）部涂层，／（外通过在材料表面进行各类涂层防止含氧气体接触扩散来提高ＣＣ复合材料的高温抗氧化性能【。／ｌ作者就近年来这两类措施 ” 提高ＣＣ复合材料抗氧化性的研究进行综述。／

碳_碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展

碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展摘要：阐述了国内外近几年来碳/碳复合材料抗氧化涂层的研究新进展，并并从碳/碳复合材料的抗氧化涂层的基本条件以及抗氧化涂层类型等方面重点介绍了抗氧化涂层技术。

最后指出了目前关于抗氧化涂层技术研究中存在的问题。

关键词:C/C复合材料；抗氧化涂层；研究进展Adva nces in Research on High Temperature An ti-oxidatio n Coati ngs ofC/C CompositesABSTRACT: Research progress of high temperature anti-oxidati on coat ings of C/C composites at home and abroad has bee n reported. The types of an ti-oxidati on coati ngs of C/C composites are emphasized. The problems existi ng in the oxidati on resista nee coat ing research are poin ted out .KEY WORDS: C/C composite; an ti-oxidation coat ing ; research progress.1引言碳/碳复合材料是炭纤维增强炭基体的新型复合材料，具有低密度(理论密度为2. 2 g/ cm33，实际密度通常为1.75〜2. 10 g/ cm3 )、低热膨胀系数(仅为金属的1/ 5〜1/ 10)、高强度、高模量、耐高温、抗热震、抗热应力、抗裂纹传播、耐烧蚀、摩擦系数小等特点，尤其是它在1 000〜2 300 C时强度随温度升高而升高，是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料[1,2]。

然而，碳在370 C的有氧气氛中开始氧化，高于500 C时迅速氧化，导致碳/碳复合材料毁灭性破坏。

C_C复合材料的高温抗氧化防护研究进展_杨鑫

收稿日期：2013－11－05!基金项目：国家自然科学基金项目（51304249），国家“973”计划项目（2011CB605801），中国博士后科学基金项目（2013T60776，2012M511752），湖南省自然科学基金项目（14JJ3023）资助作者简介：杨鑫，1983年出生，博士，助理研究员，主要从事耐高温碳/陶瓷基复合材料的研究与抗氧化防护。

E －mail ：yangxincsu@csu．edu．cn 通讯作者：黄启忠，教授，主要研究方向为碳/碳复合材料、新型碳材料、耐高温碳/陶瓷基复合材料的制备与应用。

E －mail ：qzhuang@csu．edu．cn!·综述·C /C 复合材料的高温抗氧化防护研究进展杨鑫黄启忠苏哲安常新（中南大学，粉末冶金国家重点实验室，长沙410083）文摘C /C 复合材料在高温有氧环境中易氧化的缺点一定程度上影响了它在航空航天领域的应用与推广，抗氧化涂层技术是提高其高温长时间抗氧化性能最直接有效的方法。

本文综述了近年来国内外C /C 复合材料高温抗氧化涂层在玻璃、贵金属、陶瓷等涂层体系方面的最新研究成果；在分析介绍C /C 高温抗氧化涂层传统制备工艺优缺点及应用情况的基础上，进一步总结了高温抗氧化涂层制备技术最新研究进展；并对已开发的抗氧化涂层体系适用环境及应用现状进行了深入的评述。

最后针对C /C 复合材料1800ħ以上的超高温抗氧化防护问题，指出了目前研究中存在的问题及未来应重点努力发展的方向。

关键词C /C 复合材料，抗氧化涂层，氧化物陶瓷，超高温陶瓷中图分类号：TB332DOI ：10．3969/j．issn．1007－2330．2014．01．001Ｒeview of Ｒecent Progress on Oxidation Protection forC /C Composites at High TemperatureYANG XinHUANG QizhongSU ZheanCHANG Xin（State Key Laboratory of Powder Metallurgy ，Central South University ，Changsha 410083）Abstract The drawback of easy oxidation for carbon /carbon （C /C ）composites has limited their application asstructural materials in aerospace field．The oxidation protective coating is one of the most effective methods that can realize the long term oxidation protection for C /C composites at high temperatures．The recent development of oxida-tion protective coating materials for C /C composites ，including glass ，metal and ceramic coatings were reviewed．The advantages and defects of traditional preparation technologies as well as their application were analyzed and summa-rized．New advances in development of coating technologies were also introduced ，and then ，the suitable service envi-ronment and recent application of different coating systems were clarified．To meet the ultra high temperature oxidation protection for C /C composites above 1800ħ，the problem in recent study and the potential development directions in the future were proposed．Key words Carbon /carbon composites ，Anti-oxidation coating ，Oxide ceramics ，Ultra high temperature ceramics引言C /C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温结构材料，它不但具有密度小、比强度大、线胀系数低、导热导电能力高、耐腐蚀、摩擦因数稳定等优点［1］，而且还具有一系列优异的高温性能，如耐烧蚀、抗热震、热稳定性好等特点［2］，特别是在超过2000ħ的高温环境中，它仍具有良好的强度保持率，是一种理想的轻质耐高温结构材料。

炭／炭复合材料抗氧化研究进展

ｈｇ－ｔｍｐｒｔｒｐｌａｉｎ．ｎｔｉｐｐｒｏｉａｉｎｍｅｈｎｓｏｒｏ／ａｂｎｃｍｐｓｔｓａｄｔｉｈｅｅａｕｅａｐｉｔｓＩｈｓａｅｘｄｔｏｃａｉｍｆＣａｂｎＣｒｏｏｏｉｅｎｗｏｃｏ
ｂｎＣｒｏｏｏｉｅｔｈｇｅｅａｕｅｃｕｅｙａｄｎｈｎｉｉｒｆｈｓｈｒｓａｄｂｒｎｉｉ— ｏ／ａｂｎｃｍｐｓｔｓａｉｈｔｍｐｒｔｒａｓｄｂｄｉｇｔｅｉｈｂｔｓｏｏｐｏｕｎｏｏｓｎｏｐｔｏｕｅａｎｉｈｔｅｍｅｈｄｆｂｒｎ－ｄｐｎｏＣａｂｎＣａｂｎｃｍｐｓｔｓｔｅｐｅｅｅｔｌｄｓｒｄｃｄ，ｍｏｇｗｈｃｈｔｏｓｏｏｏ－ｏｉｇｔｒｏ／ｒｏｏｏｉｅ，ｈｒｆｒｎｉｉ— ａ
ｌｐｎｒｎｆｃａｉｇｓｓｅｒｌｏｄｓｒｂｄＦｎｌｔｅｉｃｅｓｎｎｏｉａｉｎｒｓｓａｃｆＣｒｏｍｅｔｔｅｄｏｏｔｎｙｔｍｓａｅａｓｅｃｉｅ．ｉａｌｈｎｒａｉｇｉｘｄｔｏｅｉｔｎｅｏａ — ｙ，
（中国石油大学，重质油国家重点实验室，重质油研究所，东营２７６）５０１
摘要：／ＣＣ复合材料的高温氧化性能限制了其在高温领域的广泛应用。本文简要介绍了ＣＣ复合材料的氧／
化机理及两种主要的抗氧化技术，即抗氧化涂层技术和内部抗氧化技术，并就ｒｖｈｘｄｔｎｒｓｓａｃｆＣａｂｎＣａｂｎｃｍｐｓｔｓｉｅｏｉａｉｎｒｓｓａｃｉｔｏｓｔｍｐｏｅｔｅｏｉａｉｅｉｔｎｅｏｒｏ／ｒｏｏｏｉ，．．ｘｄｔｅｉｔｎｅｏｅｏ

碳碳复合材料的研究进展

碳碳复合材料的研究进展材料科学与工程学院 11N091820030 许明阳碳/ 碳(C/ C) 复合材料是碳纤维增强碳基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。

C/C 复合材料作为优异的热结构、功能一体化工程材料,自1958 年诞生以来,在军工方面得到了长足的发展,其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件。

由于其耐高温、摩擦性好,目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面。

C/ C 复合材料种类多、性能各异,为此人们针对特定的用途来设计合适的C/ C 复合材料。

由于碳/ 碳复合材料具有以上特征,自20 世纪50 年代末问世起就引起了全世界的关注, 各发达国家纷纷投入这方面的研究。

到60 年代末至70 年代初,美国就将其用于火箭喷管, 英国用于协和号飞机刹车盘。

自此碳/ 碳复合材料在欧美得到了很大发展。

80 年代以后, 更多国家进入了这一研究领域, 在提高性能、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。

近两年, 我国中南大学、航天科技集团公司和西北工业大学科研人员分别用CLVD( 化学液气相沉积) 法和CLVI(化学液相气化渗透) 工艺制备出碳/ 碳复合材料, 济南大学用RCLD(快速化学液相沉积)制备出1D 和2D 碳/ 碳复合材料。

碳/ 碳复合材料由于制备周期长、工艺复杂、成本高等因素, 其应用范围仅限于军事、高科技等领域, 而在民用领域远远尚未开发。

1、碳/碳复合材料的制备工艺1.1碳/碳复合材料的预成型体和基体碳在进行预制体成型前,根据所设计复合材料的应用和工作环境来选择纤维种类和编织方式，预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。

如三维碳/碳复合材料中常用的结构的预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60% 。

碳碳复合材料研究报告

碳碳复合材料研究报告碳碳复合材料研究报告摘要：碳碳复合材料是一种高性能的材料，具有高强度、高模量、高温耐性、抗氧化、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。

本研究主要探讨了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。

制备方法：碳碳复合材料的制备方法主要包括预浸料法、化学气相渗透法、热解反应法等。

其中预浸料法是最为常见的方法，其具体操作流程为：将碳化纤维浸渍于热解树脂中，干燥后在高温下处理，形成固态碳化体。

经多次重复处理后，形成高性能的碳碳复合材料。

性能测试：碳碳复合材料的主要性能指标包括强度、模量、断裂伸长率等。

通过拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验等方法进行测试。

实验结果表明，碳碳复合材料具有较高的强度和模量，断裂伸长率较低。

应用情况：碳碳复合材料被广泛应用于航空、航天、汽车工业等领域。

例如，在航空领域，碳碳复合材料可应用于制造飞机发动机叶轮、蒸汽涡轮、航空煤油轨道车的制动器、飞行器气动制动器等。

在汽车工业领域，碳碳复合材料可用于汽车刹车、转向系统等。

未来发展：随着科技的不断进步，碳碳复合材料的应用将会越来越广泛。

未来，碳碳复合材料的发展方向主要包括提高性能、降低成本、拓展新应用领域等方面。

同时，加强碳碳复合材料与其他材料的组合应用，推动碳碳复合材料的进一步发展与应用。

结论：碳碳复合材料是一种高性能、高强度的材料，具有广泛的应用前景。

本文介绍了碳碳复合材料的制备方法、性能测试和应用情况，同时对其未来发展进行了展望。

超高温本体抗氧化碳／碳复合材料研究

碳／复合材料在静态空气中的氧化速度大大低于碳／碳碳
超高温本体抗氧化碳／复合材料的应用环境温度碳
２ｍｉｆｒ０ｅｏｄｆｈｓｖｒ０ ℃ ．Ａｎｌａｈｇｅｅａｕｅｍａｒｎｉｘｄｔｎｍｅｈｎｓｏｅｃｎ— ｌａｔ０ｓｃｎｓｏｅｔｔｅ５０ｌｅ６ｔｅｏ２ｄｕｔ — ｉｈｔｍｐｒｔｒｔｘａｔ— ｉａｉｃａｉｍｆｈｏｒｉｏｏｔｐｓｔｓｗａｕｄｏｉｓｔｎ．ｅｂ
关键词：碳／碳复合材料；难熔金属化合物；烧蚀性能
中图分类号：Ｔ３２Ｂ３
文献标识码：Ａ
文章编号：１７３６（０２００１６４— ９２２１）８— ０５—０５
ＲｅｅｒｈＰｒｇｅｓｏｔａＨｉｈＴｅｐｒｔｅＭａｒｘｓａｃｏｒｓｆＵｌｒ－ｇｍｅａｕｒｔｉ
度范围。目前国内外有将本体抗氧化碳／复合材料应碳
用于高温短时使用环境的相关报道。俄罗斯、法国等针
第８期
宋永忠等：超高温本体Hale Waihona Puke 氧化碳／复合材料研究碳
１７
无缺陷产生，同时纤维异常化情况也基本消除。表１给
碳复合材料在４０ｏ以上的氧化气氛中极易发生显著的０Ｃ氧化反应，并且随着温度的升高反应更加剧烈，直接采用碳／复合材料制备临近空间高超声速飞行器鼻碳

碳碳复合材料抗氧化性能研究综述

目前，碳碳复合材料的抗氧化技术主要有涂层法和基体抗氧化法，以涂层法为主要抗氧化方法，其中涂层法主要有玻璃涂层、金属涂层、陶瓷涂层和复合涂层。

【关键词】碳/碳复合材料；抗氧化；研究C/C复合材料抗氧化的途径主要是采用涂层法和基体抗氧化法。

其抗氧化原理是：将碳材料与氧化环境隔离，添加抗氧化物质占据氧化反应活性点、减少氧气传递的通道。

实现方法是在材料中引入抗氧化物质如硅化物、硼化物、磷酸盐以及过度金属化合物等，这些抗氧化物质在高温下氧化形成具有流动性的玻璃态物质，覆盖在C/C复合材料表面，并填充在C/C复合材料的孔隙或裂纹中，截断氧在材料内部的传递通道，从而达到提高C/C复合材料抗氧化耐烧蚀性能的目的[1]。

一、抗氧化涂层原理：涂层抗氧化原理是利用涂层中的化合物与氧气反应形成玻璃态物质覆盖在涂层表面，阻止氧进入材料内部，从而使材料与氧隔离。

抗氧化涂层的制备方法主要有：CVD 法，熔浆法，涂刷法，等离子喷涂法和溶胶-凝胶法等。

考虑因素：在C/C复合材料表面涂覆的抗氧化涂层，首先必须能够有效阻止氧的侵入，即要求抗氧化涂层有较低的氧气渗透率；其次必须使涂层的热膨胀系数与材料本体相当，防止在高温下产生较大的热应力使涂层产生裂纹甚至剥落；第三，为防止涂层挥发，涂层材料必须具有较低的蒸气压；此外，还应当考虑涂层与C/C复合材料的表面润湿性能、界面结合强度、化学相容性等因素，只有这样涂层才能与材料本体结合牢固可靠。

研究得较多的涂层材料是SiC，Si3N4，MoSi2等硅基材料以及B4C，BN等硼化物，或者多种材料相结合的梯度涂层。

除了以上几种材料外，用于抗氧化涂层的材料还有过渡金属化合物如ZrC，ZrB2，TaC，Y2O3，Al2O3等。

高温环境下复合材料的耐热性研究

高温环境下复合材料的耐热性研究在当今科技飞速发展的时代，复合材料凭借其优异的性能在众多领域得到了广泛应用。

然而，在一些高温环境下的应用场景中，复合材料的耐热性成为了关键的性能指标。

高温环境可能导致复合材料的性能下降、结构损坏甚至失效，从而影响其在航空航天、汽车、能源等领域的可靠性和安全性。

因此，深入研究高温环境下复合材料的耐热性具有重要的理论和实际意义。

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料通过特定的工艺组合而成的新型材料。

常见的复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料）和颗粒增强复合材料（如碳化硅颗粒增强铝基复合材料）等。

这些复合材料通常具有高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等优点，但在高温环境下，它们的性能可能会受到多种因素的影响。

首先，高温会导致复合材料中的树脂基体发生热降解。

树脂基体在高温下会分解、氧化，从而失去其粘结纤维或颗粒的能力，导致复合材料的强度和刚度下降。

其次，纤维或颗粒与树脂基体之间的界面结合强度也会在高温下降低。

界面是复合材料中传递载荷的关键部位，界面性能的恶化会严重影响复合材料的整体性能。

此外，高温还可能引起复合材料内部的残余应力释放，导致材料变形、开裂。

为了提高复合材料在高温环境下的耐热性，研究人员采取了多种方法。

一种常见的方法是选择具有高热稳定性的树脂基体。

例如，聚酰亚胺、聚苯并咪唑等高性能树脂具有出色的耐热性能，能够在较高温度下保持良好的性能。

同时，对树脂基体进行改性也是一种有效的手段。

通过添加耐热填料（如纳米陶瓷颗粒）、引入交联结构等方式，可以提高树脂基体的热稳定性和热氧稳定性。

对于纤维增强复合材料，选择耐高温的纤维材料至关重要。

碳纤维在高温下具有较好的稳定性，但在有氧环境中容易氧化。

因此，对碳纤维进行表面处理（如涂覆抗氧化涂层）可以提高其在高温下的抗氧化性能。

玻璃纤维的耐热性相对较差，在高温环境下的应用受到限制。

而陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维）具有极高的耐热性，适用于高温环境。

改性C／C复合材料高温抗氧化研究现状

有两种，即涂层技术和基体改性技术。综述了ＳｉＣ陶瓷改性ｃ／ｃ复合材料以及ＺｒＣ、ＺｒＢ２、ＨｆＣ等超高温陶瓷改性ｃ／ｃ复合材料的研究现状，并对ｃ／ｃ复合材料高温抗氧化研究方向提出了一些见解。
关键词ｃ／ｃ复合材料基体改性高温抗氧化超高温陶瓷文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＢ３３２
ＧＵＯＣｈｕｎｙｕａｎ，ＹＡＮＬｉａｎｓｈｅｎｇ，ＭＥＮＧＸｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００２５）
ｖｅｈｉｃｌｅ．ＣｏａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍａｔｒｉｘｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅｔｗｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｔｈｉｇｈ
０引言
Ｃ／Ｃ复合材料因具有密度低、比强度高、热膨胀系数低、
耐热冲击、耐磨损、抗热震性能优良等一系列优点，并且还具有强度随温度的升高而增强的独特性能，被认为是一种极有潜力的热结构材料，目前已广泛应用于高性能发动机和高超音速飞行器等热端部件中＿】］。

SiC／MoSi2-Si—Cr—B／玻璃涂层碳／碳复合材料抗氧化行为研究

ｎｉｑｕｅｓ．Ａｔ９５０ ℃ ．ｔｈｅａｎｔｉ．ｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅｏｆｃｏａｔｅｄｓａｍｐｌｅｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｆｒｅｅ — ｓｔａｔｅａｎｄｓｔａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅｍａｒｌｓｈｏｃｋｔｅｓｔｗａｓａｌｓｏｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｒｏｍ９５０ｏＣｔｏｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｕｃｒｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｓ．ｐｒｅｐａｒｅｄｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｚｅｄｂｙＸＲＤａｎｄＳＥＭ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｅｘｈｉｂｉｔｓｆａｖｏｒａｂｌｅｔｈｅｍａｒｌｓｈｏｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄａｎｔｉ — ｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｉｔｈａｎｅｇａｔｉｖｅｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｒａｔｅａｔ

碳-碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究

碳-碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备及抗氧化性能研究引言碳/碳复合材料是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用于航空航天、能源领域等高温抗氧化环境中。

然而，在高温氧化环境中，碳/碳复合材料易受到氧化破坏，导致性能下降。

因此，将碳/碳复合材料表面涂覆一层碳化硅复合涂层以提高材料的抗氧化性能成为一种有效的改善方法。

本文将介绍碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备方法及其在高温氧化环境中的抗氧化性能研究。

制备方法碳/碳复合材料碳化硅复合涂层的制备方法包括物理气相沉积法和化学气相沉积法。

物理气相沉积法是指在高温环境下将硅源物质蒸发并沉积在碳/碳复合材料表面形成碳化硅层。

化学气相沉积法是通过化学反应将硅化合物沉积在碳/碳复合材料表面，再在高温条件下进行碳化反应生成碳化硅层。

两种方法各有优势，在不同实际应用中可以根据需求选择合适的方法来制备碳化硅复合涂层。

抗氧化性能研究为了研究碳化硅复合涂层对碳/碳复合材料的抗氧化性能的影响，需要进行一系列的实验和测试。

首先，利用扫描电子显微镜（SEM）观察碳/碳复合材料表面的形貌，以评估涂层的均匀性和致密性。

接下来，通过X射线衍射（XRD）分析涂层的晶体结构，以确定碳化硅的形成。

然后，使用热重分析（TGA）技术研究碳/碳复合材料在高温下的氧化失重情况，比较涂层前后的氧化失重量，评估碳化硅复合涂层的抗氧化性能。

研究结果显示，经过碳化硅复合涂层处理的碳/碳复合材料表面形貌更加均匀，并形成了致密的碳化硅层。

XRD结果表明涂层中出现了明显的碳化硅峰，证明碳化硅复合涂层成功形成。

TGA结果显示，经过碳化硅复合涂层处理的碳/碳复合材料在高温氧化环境中具有更好的抗氧化性能，氧化失重量较未涂层的材料明显减少。

结论本研究成功制备了碳/碳复合材料碳化硅复合涂层，并评估了其抗氧化性能。

结果表明，碳化硅复合涂层能够有效降低碳/碳复合材料在高温氧化环境中的氧化失重量，提高其抗氧化性能。

碳材料表面抗氧化涂层的研究进展

碳材料表面抗氧化涂层的研究进展摘要：碳材料由于其具有优异的高温性能，在航空航天、冶金等领域展现了良好的应用前景。

但是其在高温下极易被氧化，导致其高温力学性能大大降低，限制了其在高温领域的广泛应用。

在碳材料表面制备抗氧化涂层是提高碳材料高温抗氧化性能的有效措施。

本文主要介绍了碳材料高温抗氧化涂层的性能要求、常见材料体系、涂层制备工艺以及抗氧化机制。

并综述了碳材料表面抗氧化涂层的研究进展情况。

关键词：碳材料；高温；抗氧化；涂层前言：随着宇航、冶金、化工等行业的日益发展，对材料高温性能有了更高的要求。

碳材料由于高温下具有较低的线膨胀系数和较高的热导率、具有较高的韧性且强度随温度的升高而增加。

以上性能优势使碳材料具有良好的抗热冲击性，在高温结构材料领域展现了良好的应用前景。

但是碳材料在高温条件下易发生氧化失重，大大降低了其力学性能，限制了其在高温领域的进一步应用。

避免碳材料高温氧化行为，是使碳材料发挥应用潜力的前提。

在碳材料表面制备抗氧化涂层是提高碳材料高温抗氧化性能的有效措施[1]。

1.高温抗氧化涂层材料的性能要求（1）涂层的热膨胀系数要与基体的热膨胀系数相匹配。

为了避免涂层与基体材料热失配造成涂层开裂、脱落，涂层的热膨胀系数应尽可能与基体材料的热膨胀系数相接近，最好适当小于基体的热膨胀系数。

因为当涂层材料的热膨胀系数较基体小时，在烧结冷却过程中涂层的收缩比基体小，会在涂层中产生压应力，该压应力可以有效抑制涂层中微裂纹的产生及扩展，进而提高复合材料的强度。

（2）涂层需要有较高的致密性。

碳材料由于具有较多的晶格缺陷、内应力，同时杂质的存在引入活性位点，使得碳材料极易吸附空气中的氧气。

致密的涂层可抑制氧向内部扩散，是提高碳材料抗氧化性能的关键。

（3）涂层具有良好的抗高温烧蚀性能。

涂层材料在高温条件下，应具有较低的蒸气压，挥发性较小。

防止涂层材料在高速、高温气流的冲刷下发生严重的烧蚀。

（4）涂层材料与基体材料界面结合良好。

碳碳复合材料表面烧蚀研究进展

亠星如無INDUSTRIAL HEATING・38・2021年第50卷第5期Vol. 5 0 No.5 2021DOT 10. 3969/j. issn. 1002-1639.2021.05. 010碳/碳复合材料表面烧蚀研究进展D j（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西西安710089）摘要:碳/碳复合材料作为碳基复合材料的一种，因其具有耐高温、耐高压、耐表面烧蚀及抗辐射等优越性能，在航空航天领域发挥着重要的作用（碳合材环境为高温富氧条件下时，出现表面烧蚀的，因年的研究大多集中在改善高温的.通过介绍碳/碳复合材料表面烧蚀机理，从验和模拟两方面综述了高温氧化烧 /碳复合材料的研究进，从为碳/碳复合材料的研究提定的参考意义（关键词:碳/T合材料;表面烧蚀;研究进展中图分类号:TQ314. 248文献标志码:A文章编号：1002-1639（2021 ）05-0038-03Research Progres t ic Ablation of Carbon / Carbon CompositetANNa(XiWn Aeronautical Polytechnic Institute ，Colleae of Aeronautical Materiale Engineering ，XiWn 710089，China)Abstract : As a kind of carbon matrix composite ，carbon / carbon composite plays an important role in the fielO of aerospace because of its hightemperature resistance ，high pressure resistance ，suOace erosion resistance and radiation resistance. However ，when the environme n t of carbon / carbon composite material s is high temperature and rich oxyyen ，the suOace ablation problem appears. So in recent years ，most of the re search focuses on how / improve the high temperature and ease / oxidize. By introducing the ablation mechanism of carbon / carbon compos ite material s ，the research proxress of high temperature oxidation ablation of carbon / carbon composite material s is summarized from two as-pecW of experiment and simulationse as / provide some reference significance for the research and development of carbon composites materi-ae.Key W o /s ： carbon / carbon composite ； suOace ablation ； research provress碳基复合材料一般是指以碳纤维或者碳化硅作为强体加材料中备的复合材料，而C/C 合材合材料中的一种［1］（碳合材有高强度、高模量、高韧性、隔热多能，天域中使用的重要材料，长期以C/C 复合材存在研究，在富氧高温环境下其表面的烧蚀比较严重（见图1）（研究表明，如果C/C 复合材料表面重为1% ，其材的强度下 10%; 重 10% ，其材料强度急速下 50%o C/C 复合材料主要用于（火箭部、洲际弹、特种飞机），其服役的环境极其恶虐，在穿气程中，复合材受的影响。

掺杂改性C／C复合材料研究进展

第３卷Ｏ
第１期１
中国材料进展
ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＨＩＮＡ
Ｖｏ．ＯＮｏ１１３．１ＮＯ．０１Ｖ２１
２１０１年１１月
掺杂改性ＣＣ复合材料研究进展／
崔红，闫联生，刘勇琼，张强，孟祥利
和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。综述了国内外在ＳｉＣ陶瓷掺杂改性ＣＣ复合材料，ＺＣ，ｒ２高温陶／ｒＺＢ超瓷掺杂改性ＣＣ复合材料以及ＴＣｆ／ａ，ＨＣ超高温陶瓷掺杂改性ＣＣ复合材料等方面的最新研究进展和应用情况，并分析了陶／
（ｉｎＡｒｓａｅＣｍｏｉｔｒｌｎｔｕｅＸ ’ ０５，ＣｉａＸ’ ｅｏｐｃｏｐｓｅＭａｉｓｔｔ，ｉｎ７０２ａｔｅａＩｉａ１ｈ）ｎ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂｅｎｈｄａａｄｄｔｔｒａｏｈｒｌｐｏｅｔｎｐｒｎｓｐｒｏｉｉｈｎｈｉｈｐｒｒｎｅｉｇｔｅｉｅｌｃｎｉａｅｍａｅｉｌｆｒｔｅｍａｒｔｃｉａｓｉｕｅｓｎｃｆｇｔａｄｔｅｈｇｅｏｍａｃｏｔｌｆ
碳／（／）合材料即碳纤维增强碳基体复合材碳ＣＣ复
料，是一种特别具有性能可设计性和抗热震性的先进复
Ａｄａｃｓ０ｒｍｉｖｎｅｎＣｅａｃＨｙｉｄＭｏｆｅｂｒｄｉｄｉ
Ｃａｂｏ／ＣａｂｏｍｐｏｉｅｒｎｒｎＣｏｓｔｓ

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碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展摘要：阐述了国内外近几年来碳/碳复合材料抗氧化涂层的研究新进展,并并从碳/碳复合材料的抗氧化涂层的基本条件以及抗氧化涂层类型等方面重点介绍了抗氧化涂层技术。

最后指出了目前关于抗氧化涂层技术研究中存在的问题。

关键词：C/C复合材料; 抗氧化涂层; 研究进展Advances in Research on High Temperature Anti-oxidation Coatings ofC/C CompositesABSTRACT:Research progress of high temperature anti-oxidation coatings of C/C composites at home and abroad has been reported. The types of anti-oxidation coatings of C/C composites are emphasized. The problems existing in the oxidation resistance coating research are pointed out .KEY WORDS:C/C composite; anti-oxidation coating ; research progress.1 引言碳/碳复合材料是炭纤维增强炭基体的新型复合材料,具有低密度(理论密度为2. 2 g/ cm33,实际密度通常为1. 75～2. 10 g/ cm3 ) 、低热膨胀系数(仅为金属的1/ 5～1/ 10) 、高强度、高模量、耐高温、抗热震、抗热应力、抗裂纹传播、耐烧蚀、摩擦系数小等特点,尤其是它在1 000～2 300 ℃时强度随温度升高而升高,是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料[1,2]。

然而,碳在370 ℃的有氧气氛中开始氧化,高于500 ℃时迅速氧化,导致碳/ 碳复合材料毁灭性破坏。

这一致命弱点限制了碳/ 碳复合材料的直接应用。

因此,对用作高温热结构材料的碳/ 碳复合材料必须进行合适的抗氧化保护。

目前碳/ 碳复合材料的抗氧化设计思路有两种[3] : (1) 基体改性技术。

(2)抗氧化涂层技术。

由于基体改性技术防氧化效果十分有限,一般只能在1 000 ℃以下,而且保护时间不长,再者会因为基体中引入盐类或陶瓷、金属类颗粒使碳/碳复合材料力学性能和热学性能下降。

因此,高温抗氧化涂层技术的研究成为热点。

本文仅就近年来国内外学者在碳/碳(C/C )复合材料高温抗氧化涂层技术领域的研究进展情况进行评述。

2 抗氧化涂层的基本条件C/C复合材料的抗氧化关键在于把易在高温下氧化的碳材料与氧化环境隔离开来。

因此,设计可靠有效、耐长时间高温的抗氧化涂层必须具有以下基本条件[4-6]。

(1)保证涂层均匀、致密、无缺陷,且具有高的熔点和自愈合能力。

(2)基体与涂层要有适当的粘附性,既不脱粘又不过分渗透基体。

最好是化学结合,不形成明显的界面。

(3)涂层系统必须能够有效阻止氧向内侵入,即具有低的氧扩散率,并完好的包覆在C/C复合材料周围,阻止各种氧化性物质向基体内部扩散,引起次表面基体氧化。

(4)涂层系统与C/C复合材料基材之间以及涂层系统自身要有稳定的化学相容性和较高的粘结强度,避免组分间有害的相变。

(5)涂层系统能够阻挡碳向外扩散,对于含有氧化物成分的涂层系统尤为重要,因为氧化物在高温下易被碳还原。

(6)涂层系统内以及涂层系统与C/C复合材料基材间应最大限度实现热匹配,以避免涂层制备过程中产生裂纹以及因热循环引起涂层的剥落。

(7)涂层系统应具有低挥发性,即要求涂层材料的蒸气压要低,避免高温下自行退化和降低高速燃气气流侵蚀速率。

(8)对不同环境下使用的C/C复合材料而言,涂层系统要尽可能承受一定的压力和冲击力,并且具有良好的耐腐蚀性能,包括耐酸碱盐和耐潮湿性等。

以上诸因素中第(3)点和第(6)点尤为关键。

3 抗氧化涂层类型满足以上要求的涂层并不多,目前研制的涂层主要有氧化铝、镁铝尖晶石、二硅化钼、二硅化钨、莫来石及它们的复合体系。

根据温度来分,有低温(低于1 000℃)涂层和高温(1 000～1 800 ℃)涂层之分。

前者主要是B2O3系涂层,后者则主要是SiC和MoSi2系。

根据涂层结构形式来分,有单一涂层和多层梯度涂层,单一涂层主要用于温度较低,抗氧化时间较短的情况。

多层梯度涂层则多用于高温长时间抗氧化。

3.1 氧化铝涂层Al2 O3具有熔点高、硬度高和化学稳定性好、低热导率和电导率、价格低廉等优势,广泛应用于耐腐蚀、耐磨损领域的陶瓷涂层中[7 ]。

马壮等[ 8 ]采用热化学反应法在Q235钢上制备氧化铝基陶瓷涂层,该涂层在600℃固化产生了新陶瓷相; 涂层较致密,与基体结合良好; 大大提高了基体的耐蚀性和耐磨性问题。

然而, Al2 O3氧化物不宜直接涂覆在C/ C复合材料基体上作为抗氧化涂层,这是因为:一方面由于与基体CTE(热膨胀系数) 不匹配,在热循环时会引起涂层产生裂纹甚至剥落;另一方面考虑化学相容性问题,高温下碳易与氧化物发生还原反应,而使涂层失效。

此时, 可采用硅基陶瓷材料( SiC、Si3N4等) 和铝基陶瓷材料(如AlN等)作中间过渡层来克服以上缺点。

3.2 镁铝尖晶石涂层镁铝尖晶石( MgAl2O4 )熔点高(2 105℃),在很大温度范围内具有较宽的单相区,作为高温抗氧化涂层具有较大的潜力。

潘牧等[ 9 ]用等离子喷涂法在SiC基体上制备了结晶良好、晶粒细小、阳离子分布较有序的稳定的尖晶石涂层。

但是,镁铝尖晶石中的杂质和游离态的Al2O3、MgO相变会造成涂层的严重破坏。

而且使用过程中表面玻璃封填层中的SiO2以及SiC氧化生成的SiO2都会与MgAl2O4生成新矿物,矿物间转变时的体积效应对涂层产生了巨大的破坏作用。

因此, MgAl2O4作为高性能抗氧化涂层还需要进行大量的研究工作。

3.3 MoSi2、WSi2涂层MoSi2、WSi2涂层二硅化钼(MoSi2,熔点2 030 ℃) 、二硅化钨(WSi2,熔点2 180 ℃) 作为硅基金属间化合物, 因熔点高, 使用过程中表面可生成SiO2膜对涂层起到封填和阻止氧扩散的作用, 使该体系成为目前C/C、SiC基复合材料特别是电热元件生产中常用的涂层材料。

且MoSi2具有1 800 ℃氧化气氛下的高温稳定性, 并且在高温下表现出一定的塑性变形能力[9],正是其他陶瓷涂层材料所不具备和欠缺的性能。

用包埋法或渗透法制备的MoSi2/ SiC、WSi2 /Si 、MoSi2 / WSi2、WSi2 / SiC抗氧化涂层,通过Mo、W的扩散形成梯度分布,可以将C/C复合材料的抗氧化温度大幅度提高。

但硅基金属间化合物热膨胀系数比SiC的大得多,烧结温度极高,限制了该体系涂层的应用。

此外,MoSi2、WSi2低温(小于600 ℃) 时生成MoO3、WO3等挥发性物质[10 ],使涂层出现灾难性破坏,涂层抗氧化性能急剧劣化。

西北工业大学的曾燮榕等人[3]采用包埋法研制了Si2MoSi2涂层,结果表明,当涂层中MoS2含量为20 %时,涂层具有优良的抗氧化和抗热震性能。

经过242 h的氧化,试样的失重率为0. 57 %,质量损失微小,失重主要表现为涂层自身的蒸发损耗,C/C基体没有受到氧化。

3.4 莫来石涂层莫来石(mullite)作为高熔点氧化物,对环境的耐久性和化学相容性很好,且与碳化硅有相似的热膨胀系数,因此近年来成为研究的热点。

有文献报道一种在SiC涂层上涂覆1μm左右厚度的莫来石涂层,以提高C/C复合材料使用温度和延长使用寿命。

该双体系涂层能使C/C复合材料1 600 ℃时的质量损失仅为SiC单一涂层的四分之一。

研究表明[12]:SiC基体表面上的莫来石涂层和无基体的莫来石薄层一样,在1 000 ℃热循环时产生裂纹。

根据测定的等离子喷涂mullite 涂层的热膨胀系数,涂层在第一次热循环时(25～1 000 ℃),从600 ℃开始发生体积收缩,这可能是从玻璃态析出莫来石而导致的体积收缩。

莫来石结晶化后的涂层热膨胀系数与SiC非常接近,因此可以认为等离子喷涂时玻璃态莫来石涂层的结晶化是涂层产生裂纹的关键。

3.5 晶须复合涂层由于C/C复合材料需要在燃气冲刷剪切力作用下服役,因此,涂层与基体之间结合力以及涂层本身内聚力的提高是一个比较现实的问题。

晶须作为增强、增韧相能有效提高这种结合力和增强涂层的韧性。

付前刚、李贺军[13-14]等提出采用SiC晶须增韧陶瓷的复合涂层模式。

其制备的SiC f-SiC/ MoSi2-SiC-Si复合涂层能在1 500℃下有效保护碳/碳复合材料200 h, SiC晶须具有优异的力学和化学稳定性能。

SiC内涂层得到SiC晶须增韧后,强度和韧性都得到一定程度的提高[15-16],能够克服穿透性裂纹的产生,提高涂层高温抗氧化和抗冲刷能力。

武七德等[ 8]通过在抗氧化涂层中原位合成晶须的方法制备了抗氧化、抗热冲击性能优良的莫来石/莫来石复合涂层。

与掺入晶须制备晶须复合涂层相比,该方法能够在涂层内部原位合成晶须,涂层制备工艺简单,原料低廉,涂层性能更加优良。

3.6 SiC/ SiO2涂层SiC与C/C复合材料有较好的物理化学相容性,是很好的阻挡层,玻璃质的SiO2在一定温度下高温玻璃封填层。

过渡层的制备工艺是液态渗硅法,阻挡层的制备工艺是CVD法,封填层的制备工艺是液相反应生成法。

过渡层的作用是改善界面匹配程度,阻挡层的作用是阻止氧扩散和碳逸出,封填层的作用是降低裂纹生成温度和隔离原子氧。

按照这种涂层结构制备的C/C长寿命抗氧化涂层能在1 600℃下工作168 h以上。

3.7 梯度复合涂层由于碳/碳复合材料基体与涂层之间不可避免的热膨胀差异, 故在涂层中易产生裂纹。

裂纹可以通过功能梯度材料原理制作热膨胀系数梯度变化的涂层消除裂纹[11]。

黄剑锋等采用Sol-gel方法在SiC 内涂层表面制备了ZrO2-SiO2组分梯度变化的涂层, 该涂层很好地缓解了涂层间热膨胀不匹配的问题。

在此涂层体系中, 多孔的SiC 内涂层孔隙被硅-锆混合溶胶填充, 涂层中越靠近涂层表面ZrO2含量越高, 而SiO2含量越低, ZrO2-SiO2浓度的梯度变化大大缓解了内应力,有效阻止穿透性裂纹的产生, ZrO2作为热障涂层, 可以降低涂层内部和基体所承受的温度,且中间层中ZrO2和SiO2反应生ZrSiO4也有效的提高涂层的抗氧化性能。

4 存在的问题C/C复合材料抗氧化问题是国际上材料界主攻的方向之一,也是热点之一。

应该说经过近三十年的研究,已有很大进展。

目前存在的主要问题有:(1)提出的一些新涂层大多属于对小试样而做的试验的研究结果,若真正作为零件涂层,尚需研究其稳定性、均匀性和实用性问题。