反应熔体浸渗法制备(Zr,Ti)B_2-SiC和(Zr,Hf)B_2-SiC改性CC复合材料及其抗烧蚀性能研究
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反应熔体浸渗法制备(Zr,Ti)B_2-SiC和(Zr,Hf)B_2-SiC改性
C/C复合材料及其抗烧蚀性能研究
炭炭（C/C）复合材料具有优异的高温性能,然而C/C复合材料在高温有氧环境中易氧化、烧蚀,大大限制了其广泛应用,通过基体改性技术引入耐高温陶瓷是提高C/C复合材料抗烧蚀性能的有效途径。
本论文首先以锆粉、钛粉为原料,采用反应熔体浸渗法制得了（Zr,Ti）C改性C/C复合材料。
在此基础上,以硼粉和硅粉为包埋粉料,采用包埋法制得了（Zr,Ti）
B<sub>2</sub>-SiC改性C/C复合材料。
同时,采用反应熔体浸渍结合包埋法制备了（Zr,Hf）B<sub>2</sub>-SiC改性C/C复合材料。
采用XRD、SEM、EDS等手段对所制试样的物相组成和微观形貌进行了分析表征,对试样进行了烧蚀性能测试。
研究结果及结论如下:（1）熔渗温度对（Zr,Ti）C改性C/C复合材料的抗烧蚀有显著影响。
随着熔渗温度的升高,所制试样的抗烧蚀性能呈现先上升后降低的趋势,当熔渗温度为2200oC时制备的试样具有相对较好的抗烧蚀性能,烧蚀30 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为1.16 mg·s<sup>-1</sup>和1.06μ
m·s<sup>-1</sup>。
这主要与在烧蚀过程中生成较多的ZrTiO<sub>4</sub>将ZrO<sub>2</sub>紧密粘接在一起,在试样表面形成一层连续致密的氧化物保护层有关。
（2）同时引入B和Si制备的（Zr,Ti）B<sub>2</sub>-SiC改性C/C复合材料具有相对较好的抗烧蚀性能,烧蚀120 s后,其质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.74 mg·s<sup>-1</sup>和1.18μm·s<sup>-1</sup>;而单独引入B的试样在相同条件下烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为2.61
mg·s<sup>-1</sup>和3.74μm·s<sup>-1</sup>,单独引入Si的试样在烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为2.29 mg·s<sup>-1</sup>和4.55μ
m·s<sup>-1</sup>。
同时引入B和Si的试样具有较好的抗烧蚀性能,这与其在烧蚀过程中形成一层致密的
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>氧化物保护层有关。
（3）（Zr,Hf）B<sub>2</sub>-SiC改性C/C复合材料表现出良好的抗烧蚀性能,烧蚀120 s后,试样的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.21
mg·s<sup>-1</sup>和1.14μm·s<sup>-1</sup>。
主要是因为在试样的烧蚀过程中,其表面形成了ZrO<sub>2</sub>、HfO<sub>2</sub>、ZrSiO<sub>4</sub>、SiO<sub>2</sub>和B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的复相氧化物层,复相氧化物层展现出优异的协同抗氧化作用,在高温高速粒子流的冲刷的有氧化环境中为
C/C复合材料提供有效保护。