摘要
碳/碳（C/C）复合材料具有优异的高温稳定性以及优异的高温力学性能，从而被应用于空天领域。但是，C/C复合材料在超过450℃的有氧环境下就会被氧化，限制了其在氧化气氛下的广泛应用。陶瓷涂层被证明是解决碳/碳复合材料氧化问题的可靠方法。但是，陶瓷涂层由于其固有的脆性，在从高温到室温的热循环过程中容易产生裂纹，限制了其进一步的应用。本文以C/C复合材料高温抗氧化涂层的关键基础科学问题为核心。为改善陶瓷涂层的脆性，采用不同的方法制备出各种一维材料增韧硅酸盐复合抗氧化涂层。研究了不同涂层的晶相组成，显微结构，结合强度，增韧机理以及抗热震和抗氧化性能。 本研究主要内容包括：⑴采用熔盐法制备了β-Y2Si2O7晶须，研究了熔盐温度对制备硅酸钇晶须晶相、显微结构的影响以及β-Y2Si2O7晶须的合成机理。另外，研究了对应β-Y2Si2O7陶瓷的热物理性能。所制备β-Y2Si2O7晶须有较低的热膨胀系数（3.88×10^-6·K^-1）和较低的热导率。⑵采用脉冲电弧放电沉积法（PADD）制备了β-Y2Si2O7晶须增韧Y2SiO5涂层。为进一步提高涂层的抗氧化性能，在制备了β-Y2Si2O7晶须增韧Y2SiO5涂层的基础上，通过热浸渍法在其表面制备了 YAS（Y2O3-Al2O3-SiO2）玻璃涂层。研究了涂层的晶相组成、显微结构、界面结合强度、抗氧化性能及抗热震性能。所制备涂层在经过从室温到1400℃的50次热循环后，失重仅有1.05%。经过176h的高温氧化后，失重仅为0.86%。⑶采用熔盐法结合热浸渍法制备了莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃涂层。研究了涂层的晶相组成、显微结构、界面结合强度及抗热震性能。结果表明莫来石晶须层以及莫来石晶须的引入有效地提高了涂层的界面结合，同时缩小了裂纹尺寸。所制备涂层在经过从室温到1300℃的100次热循环后，失重仅有2.21%。⑷采用超声辅助水热电泳沉积法（HEPD）结合PADD制备了碳化硅纳米线（SiCNW）增韧莫来石复合外涂层，研究了涂层的晶相组成、显微结构、抗氧化性能及抗热震性能。SiCNW的引入缩小了裂纹尺寸并通过各种增韧机理：析晶，纳米线桥接，裂纹偏转，纳米线拔出等阻止了裂纹的扩展。所制备涂层在经过从室温到1500℃的50次热循环后，失重仅有0.03%。经过235 h的高温氧化后，单位面积的失重量仅为107g·m-2。涂层失效的主要原因是玻璃相的挥发以及涂层中裂纹的产生。
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