碳-碳復(fù)合材料SiC-C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層的制備與性能研究

碳-碳復(fù)合材料SiC-C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層的制備與性能研究

摘要：隨著高溫材料的廣泛應(yīng)用，碳/碳復(fù)合材料在航空航天、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，碳/碳復(fù)合材料的高溫氧化問題制約了其進(jìn)一步應(yīng)用的發(fā)展。為了提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能，本文采用化學(xué)氣相沉積（CVD）制備了SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層，并對其制備工藝進(jìn)行了研究。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散X射線光譜（EDX）、X射線光電子能譜（XPS）等方法研究了涂層的微觀形貌及成分。采用熱重分析（TGA）研究了涂層的高溫氧化失重率，借助X射線衍射（XRD）分析了涂層的相組成。結(jié)果表明，制備的SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層具有致密的微觀結(jié)構(gòu)和均勻的成分分布，涂層中的SiC和MoSi2顆粒能有效抵御氧化劑的侵蝕。在1200°C下，涂層的高溫氧化失重率較低，具有良好的抗氧化性能。研究表明，該復(fù)合涂層在提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：碳/碳復(fù)合材料；SiC；C-AlPO4-MoSi2復(fù)合涂層；抗氧化性能；制備工藝

1.引言

碳/碳復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能成為高溫結(jié)構(gòu)材料的重要候選材料之一。然而，由于碳/碳復(fù)合材料在高溫環(huán)境中易受氧化劑的侵蝕，其應(yīng)用受到了限制。為了提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能，研究人員通過表面涂層的方式來改善其抗氧化性能。目前，常用的涂層材料有SiC、ZrB2、Si3N4等。SiC涂層具有良好的抗氧化性能和高溫機(jī)械性能，因此在碳/碳復(fù)合材料中得到了廣泛應(yīng)用。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1材料制備

本實(shí)驗(yàn)選用碳/碳復(fù)合材料作為基體材料，以化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法制備了SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層。首先，將碳/碳復(fù)合材料樣品表面進(jìn)行清洗和活化處理，然后將樣品放置于CVD反應(yīng)室中。通過控制反應(yīng)溫度、流量和反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，使SiC和C-AlPO4-MoSi2復(fù)合涂層在樣品表面形成。

2.2表征方法

掃描電子顯微鏡（SEM）用于觀察涂層的微觀形貌；能量色散X射線光譜（EDX）和X射線光電子能譜（XPS）用于分析涂層的成分及元素狀態(tài)；熱重分析（TGA）用于測試涂層的高溫氧化失重率；X射線衍射（XRD）分析了涂層的相組成。

3.結(jié)果與討論

3.1涂層的微觀形貌與成分

通過SEM觀察，可以看到SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合涂層在碳/碳復(fù)合材料表面形成了一層均勻致密的涂層。EDX和XPS分析結(jié)果表明，涂層中的SiC顆粒和MoSi2顆粒分布均勻，并且與C-AlPO4基體形成了良好的結(jié)合。這種均勻分布的涂層結(jié)構(gòu)有利于抵御氧化劑的侵蝕。

3.2涂層的抗氧化性能

通過TGA測試，可以得到涂層在高溫下的氧化失重率。結(jié)果表明，在1200°C下，SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合涂層的氧化失重率較低，證明其具有良好的抗氧化性能。XRD分析進(jìn)一步證實(shí)了涂層的相組成，SiC顆粒和MoSi2顆粒在高溫下能穩(wěn)定存在。

4.結(jié)論

本研究成功制備了SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層，并研究了其制備工藝及性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備的涂層具有均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)和成分分布，SiC和MoSi2顆粒能有效抵御氧化劑的侵蝕。在高溫1200°C下，涂層表現(xiàn)出良好的氧化抵抗性能，具有應(yīng)用潛力。

然而，本研究還存在一些問題，如制備工藝仍需進(jìn)一步優(yōu)化，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度有待提高。進(jìn)一步研究應(yīng)注重涂層與基體之間的界面性能，以及涂層在更高溫度下的抗氧化性能。相信通過進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層將在碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用本研究成功制備了SiC/C-AlPO4-MoSi2復(fù)合抗氧化涂層，并驗(yàn)證了其具有良好的抗氧化性能。涂層中的SiC顆粒和MoSi2顆粒分布均勻，并與C-AlPO4基體形成了良好的結(jié)合，這種均勻分布的涂層結(jié)構(gòu)有利于抵御氧化劑的侵蝕。通過TGA測試，涂層在高溫下的氧化失重率較低，表明其具有良好的抗氧化性能。XRD分析進(jìn)一步證實(shí)了涂層的相組成，SiC顆粒和MoSi2顆粒在高溫下能穩(wěn)定存在。此外，制備的涂層具有均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)和成分分布，能有效抵御氧化劑的侵蝕。然而，制備工藝仍需進(jìn)一步優(yōu)化，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度有待提高。