炭_炭复合材料的抗氧化陶瓷涂层.doc

I卫簟晰叶I炭1。i。‘文策l 8一(2000)41 233-236 E要 翻菌 炭／炭复合材料的抗氧化陶瓷涂层 f审围』i；4i．±＆丽A司譬m￡t十恃mJ．三抗利 L 一 澎 摘要 本文综述_难熔陶瓷材料在高性能炭／炭复合材料抗氧化涂层上的应用厦发 展趋势，采用硅基陶瓷(碳化硅和氮化硅)玻璃密封涂层，可有效防止炭，’炭复台材 料在1 800C以下长期使用条件下不被氧化．1800。0以上长期幢用的炭，炭复合材料 的抗氧化必须采用多层陶瓷涂层， 关键词炭炭复合材料．抗氧化．陶瓷涂屡 刖吾 岌 瑗盟h¨L：上IE{圯异的高韫稳定廿氟{t苛的比慢度比碟齄J泛心¨i：i乙世导弹鼻1}lE、 州体蕞功打L响营、琶帆剥巾』{以厦肮夫E饥的性帽年¨机篼前缘‘}热结构音爿制，然而炭，炭十于 F响抗氧化性能较毕．即使在500C山会发生f饲显的氧化现象．引起强度严重r勰。冈此， 国外1：．抗氯化炭·炭柑州州究方面什了k鼙I：作。 炭-炭}j{：t i【化防护源f炭村料的 【cTE)相匹配。【到1匙难熔陶瓷刊f：If¨炭i袋 氧f之∞jf：．1034 4：美刖联合碳公司发表 柯科(沿纤维方向)的热I|匠系数，可以爵j止，炭 r r、j ATJ fi墨÷袁层保护碳材判构什^二 ．局温l、1；被氧化柏等利：四、五十年fE 罨；j毒品f一墨竹为捆热电假的抗氧化滁 暑：一。、t：r代研制山耐剥蚀抗氧化热解 『|墨降层：，L：一年代ⅥRoger等人将SiC 浍层11j：‘帆凡毛f』L热结协炭，‘炭材f：}的 抗氯化，采J盂 Ⅱ：肝．寰／炭材料的抗午l {匕“窥峨b；I趴．进fj丁人埴”究I n：。 凉层柯{；叱剖tp一的“墨、碳化砷发展 勺ni望树夸．【碳化i#硐】氮化砷)、难熔碳 fE物f41__iI熔删化物等多补}j{：：l：凉足}i 心山r鞋层缝展山向多甚结掏， 二、炭j炭材料抗氧化浍层的选择 选扦城j款H：!==；¨：J抗氧化滁层戍考 辔咀-田紊：前兜、缘屠麻能有敢地阻 }：氰：可内部扩敞：第二．凉层材料应J飞 柯低j苹发性，防j}。庄高气流速率一卜录0蚀： 茸二涂层简有效地阻I卜碳向外扩散． 引起碱热迁原反应：虽斤，淙层材料惠 ‘o嵌j袋复台材制订牧女f的化学相弃陛 a；热机呲匹配性， 抗氧化潍层与炭／炭材料的热机施 匹配性十分重要．否删庄高温F产生裂 纹雨l剥藩。这要求一青的热胀系数  有抗氧化涂层炭／炭材料的氧化特征示意图如图2所示。图中Toc为炭／7炭材料的临；．’ 氧化温度，Toc通常约为370C，填加难熔填料可使Toc提高到600C。Tmc为微裂纹温度， 即裂纹机械闭合且被氧化密封的最低温度。Tmc为涂层的极限使用温度。因此抗氧化涂层的 有效防护温度范围在Tmc和Tcj之间。为了实现整个温度范围内的氧化防护，应在Toc～丁mc 之间也实现裂纹密封，这通常采用玻璃密封剂得以实现。 RT Toe Tmc Tel 图2 有抗氧化涂层炭／炭材料的氧化特征示意 炭／炭材料抗氧化涂层应能有效地阻止氧的扩散，涂层氧化后可在原位形成粘接牢固、 致密的氧化物层，成为氧的阻挡层。和其它陶瓷材料相比，硅基陶瓷材料氧化速率低，可由 效地阻止氧的扩散。 由此可见，硅基陶瓷材料(碳化硅和氮化硅)与炭／炭材料的热性能匹配最好，且显示出他 的氧化速率，氧化生成薄薄的一层无定形SiO：密封层可有效地阻止氧的扩散膜。此外，其 牲度可通过添加其它氧化物来调节。因此是氧化条件下长期使用炭／炭材料最常用的抗氧化 淙层之一。但由于硅基陶瓷材料固有的性质所限，这种涂层的使用上限温度为1800℃．超 过1800℃涂层便会破裂、剥落。 3、抗氧化陶瓷涂层 3．I 1800℃以下使用 1800℃以下的氧化防护通常采用碳化硅 和氮化硅涂层。涂层的上限使用温度(Tct)对抗 氧化炭／炭材料性能影响很大。当温度超过Tcl 后，涂层不再起保护作用。研究表明．CVD- SiC、s州。涂层的上限使用温度由界面处Si02 和陶瓷本体的反应决定。图3是SiC、Si，N； 的熟动力学稳定性比较，如果硅韵反应括性 保持不变，碳化硅和氮化硅本体上的SiO：膜 在1800C之前是稳定的。1800℃以上，反应 产生的气体压力大于0．1MPa．(即超过一个大 气压)，使涂层破裂或使SiO：膜成多{L状 (bubble)。 碳化硅和氮化硅涂层通常和玻璃密封剂 并用．外层为碳化硅和氮化硅涂层，内层为 玻璃密封剂。使用玻璃密封剂有三个作用： 一是在温度低于Tmc时，对涂层中的裂纹进行 图3 SiC、Si|N。的热动力学性能 密封：二是防止炭／炭材料和涂层间的相互扩 散．防止C和SiC反应；三是调节滁层材料和炭／炭材料间的相容性，填补外滁层在热循环使 用过程中产生的裂纹。 玻璃密封剂有B20，，