Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料的制備及燒蝕性能研究

Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料的制備及燒蝕性能研究Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料的制備及燒蝕性能研究

摘要：本研究旨在研究Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料的制備方法以及其燒蝕性能。通過采用溶膠—凝膠法，制備了不同Al2O3添加量的Zr-Si基體塊料。通過熱壓炭化制備了Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料。然后，通過SEM、XRD和TG-DTA對復合材料的微觀結構和物相組成進行了表征；利用燒蝕性能測試平臺對不同Al2O3改性組份的材料進行了燒蝕性能測試。

關鍵詞：Al2O3改性，Zr-Si體系，碳陶復合材料，燒蝕性能

1.引言

近年來，隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對新型高溫結構材料的需求也越來越高。碳陶復合材料作為具有優(yōu)異高溫性能的新型材料，在航空航天領域具有廣闊的應用前景。然而，由于其在高溫下易受到氧化和燒蝕的影響，使得其應用受到一定限制。因此，研究改性策略，提高碳陶復合材料的耐燒蝕性能顯得尤為重要。

2.實驗方法

2.1.材料制備

首先，采用溶膠—凝膠法制備了不同Al2O3添加量的Zr-Si基體塊料。將氮化鋁納米粉體和異硅酸酯溶液按一定質(zhì)量比例混合，并通過攪拌混合均勻。然后將混合液置于玻璃坩堝中，在恒溫攪拌條件下進行酯化反應。最后，將得到的凝膠進行煅燒得到塊料。

2.2.碳化處理

將準備好的塊料放入石墨模具中，然后放入高溫爐中進行熱壓炭化處理。首先，在惰性氣氛下進行預熱處理，然后在惰性氣氛和高溫下進行炭化處理。最后，經(jīng)過冷卻處理，得到Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料。

3.結果與討論

3.1.微觀結構表征

通過掃描電子顯微鏡（SEM）對制備的復合材料進行觀察，發(fā)現(xiàn)Al2O3添加量對復合材料的微觀結構有一定影響。隨著Al2O3添加量的增加，復合材料中的Al2O3相逐漸增多，其表面形貌變得更為均勻穩(wěn)定。

3.2.物相組成分析

通過X射線衍射（XRD）對制備的復合材料進行分析，發(fā)現(xiàn)在不同Al2O3添加量下，復合材料的物相組成也有所不同。隨著Al2O3添加量的增加，復合材料中的Al2O3相的峰強度逐漸增大，ZrC相的峰強度逐漸減小。

3.3.燒蝕性能測試

利用燒蝕性能測試平臺對不同Al2O3改性組份的材料進行了燒蝕性能測試。結果顯示，隨著Al2O3添加量的增加，復合材料的燒蝕速率逐漸降低。其中，Al2O3添加量為10%時，復合材料的燒蝕速率最低，表現(xiàn)出較好的耐燒蝕性能。

4.結論

本研究通過溶膠—凝膠法制備了不同Al2O3添加量的Zr-Si基體塊料，并通過熱壓炭化制備了Al2O3改性Zr-Si體系碳陶復合材料。通過對復合材料的微觀結構和物相組成的表征，發(fā)現(xiàn)Al2O3添加量影響著復合材料的微觀結構和物相組成。此外，通過燒蝕性能測試，得出Al2O3添加量為10%時，復合材料具有較好的耐燒蝕性能。這為進一步提高碳陶復合材料的應用提供了一定的理論與實驗基礎。

本研究通過添加不同量的Al2O3改性Zr-Si碳陶復合材料，制備了具有不同微觀結構和物相組成的復合材料。隨著Al2O3添加量的增加，復合材料中的Al2O3相逐漸增多，同時ZrC相逐漸減少。燒蝕性能測