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C/C复合材料MoSiZrB抗氧化涂层的研究

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项目论证

1、项目的理论与研究背景

碳／碳复合材料(C/C)是以碳纤维为增强相的碳基复合材料，具有一系列优良

的性能，如低密度、高强度模性、高热稳定性，低热膨胀系数、高导热导电能力、

耐烧蚀、耐腐蚀、摩擦系数稳定等。更特别的是C／C复合材料随温度的升高强

度反而升高，在2000℃时仍能保持较优良的力学性能。它既可以作为功能材料，

又可以作为高温结构材料使用，是目前可用于1800℃高温的复合材料。迄今为

止，碳碳复合材料在航空、航天、核能及许多民用工业领域受到极大瞩目，显

示出巨大的技术和经济优势。

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但这些应用不可避免地要在高温和氧化的环境条件下工作。然而，碳碳复合

材料的起始氧化温度为370℃，随着温度的升高迅速氧化，降低了材料的强度及

其他性能，甚至引发事故，从而限制了其作为高温结构材料在氧化气氛下的广泛

应用。为了克服上述缺陷，国内外学者进行了大量的研究探索，采取了如制备

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表面涂层等方法提高碳碳复合材料的抗氧化能力。

C／C复合材料防氧化技术有两种：

(1)基体处理技术，包括基体浸渍技术和添加阻燃陶瓷颗粒。前者就是浸渍氧

化抑制剂，如硼酸盐、磷酸盐和卤化物等；后者就是在基质中复合添加耐火材

料颗粒，如BO、B、SiC和BC等；

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(2)涂层技术。前种方法如果不与涂层技术结合使用，C／C防氧化的能力是

有限的，一般只能在1000℃以下，而且会因为基体中引入盐类或陶瓷颗粒使C

／C的力学性能和热学性能下降。为实现高于1000℃的抗氧化保护，涂层技术

是合理的选择。本文对碳／碳复合材料MoSi、ZrB抗氧化涂层研究作一综述。

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2、国内外碳碳复合材料抗氧化涂层体系的研究新进展

在碳碳复合材料抗氧化涂层研究初期，大多数采用单一的涂层，如SiC、Sin、

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WC和BC等涂层。随着研究的深入，研究水平和研究手段的提高以及涂层理

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论的不断完善，制备的涂层也由单一涂层向多层涂层和复合涂层和方向快速发

展，使用的材料也由金属、合金、玻璃等向高温陶瓷材料方向发展。

近几年来，我国在复合涂层研究方面取得长足进步，研究的重点也主要集中

在复合涂层领域。下面就近几年来我国研究人员在复合涂层研究领域取得的新进

展进行简单介绍。

（1）两层复合涂层

最简单的复合涂层是双层复合涂层，由于SiC与C/C基体良好的的物理化学

相容性，双层复合涂层目前大多采用SiC为内涂层，外层材料则选用耐火氧化物，

高温玻璃或合金作为密封层。该种涂层利用密封层对SiC内涂层的裂纹和孔隙进

行愈合，从而提高复合涂层的抗氧化能力。付前刚等用SiO，BO，MgO，

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AlO和MoSi等制备的以SiC为内涂层，以掺加MoSi的硼硅盐玻璃为外涂

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层的双层复合涂层，能够在1300度的静态空气气氛下对碳碳复合材料有效保护

150h，MoSi的作用主要是提高玻璃相的高温稳定性，缓解玻璃涂层的内应力，

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避免穿透性裂纹的产生；利用二次包埋法制备的双层SiC涂层可以在1500度下

有效保护碳碳复合材料310h，涂层中富余的游离硅一方面可以渗透到内层SIC

孔隙中，降低涂层氧气渗透率，另一方面可以缓解基体与涂层之间的热膨胀不匹

配问题。同时高温下Si